導讀：人類長期以來一直對仿生學感興趣，將其作為一種設計更高效材料和系統的方法。雖然一些早期的嘗試并不那么成功——例如達芬奇受鳥類啟發的人類飛行器——但也有一些嘗試取得了突破性的進展。
2025年8月18日，南極熊獲悉，自動化專家費斯托（Festo）開發了一款使受蜜蜂啟發的微型仿生飛行器——“BionicBee”，使制造“蜂群”飛行物體成為可能。BionicBee 是一款微型飛行器，具備優異的自主飛行特性、在狹窄復雜空間內飛行以及作為蜂群的一部分進行操控的能力。飛行器翼展 240 毫米，重量僅為 34 克，是目前 Festo 仿生學習網絡中最小的飛行器。這一壯舉并非一帆風順，但最終得益于EOS的精細細節分辨率(FDR) 技術。
仿生蜂概念化
Mattias Speckle 解釋說：“BionicBee 誕生于 Festo 的仿生學習網絡，致力于探索受自然啟發的工程解決方案，以應對現實世界的挑戰。理念是通過研究自然界中蜜蜂非凡的敏捷性和效率，重新思考自主飛行。”
3D 打印 BionicBee EOSFesto蜜蜂本身擁有獨特的飛行方式，這使得它們能夠在花叢間快速移動采集花蜜和花粉。它們的動作特點是短促、快速的翅膀拍動和翅膀的旋轉。這種飛行方式加上它們強大的飛行肌肉，意味著蜜蜂即使翅膀相對于體型較小，也能高效飛行。
Mattias 繼續說道：“團隊并沒有開發傳統的無人機，而是著手設計一款模仿蜜蜂輕巧、高機動性的微型飛行器，旨在實現在復雜環境中應用的群體行為。這個項目也是為了突破設計和制造的極限，展示當生物學原理與先進工程技術相結合時所能創造的無限可能。”
找到正確的解決方案
在設計這款自主微型飛行器時，Festo 團隊必須在實現小型輕量化結構與保持耐用性和功能性之間找到平衡。團隊還必須找到一種既能保持緊湊，又能容納多個組件的結構，包括一臺無刷電機、三臺伺服電機、一個變速箱、一個電池和幾塊電路板。
不出所料，增材制造很快就成為 Festo 在 BionicBee 研發中的理想解決方案。Mattias 補充道：“在開發過程的早期，我們就明確了增材制造的重要性。BionicBee 的設計要求是超輕且堅固的框架，并具有極其精細復雜的幾何形狀，而傳統的制造方法根本無法滿足。需要將多個電子元件容納在一個極其小巧輕便的機身中，這需要優化的晶格結構，而如果沒有增材制造，這幾乎是不可能實現的。”
然而，團隊早期使用傳統的選擇性激光燒結 (SLS) 技術難以在強度、柔韌性和分辨率方面達到理想的指標。他們說道：“傳統的 SLS 技術根本無法制造出兼顧輕量化和強度的超薄高分辨率結構。這些局限性清楚地表明，我們需要一種不同的解決方案。”
本案例中的解決方案基于 EOS 的FORMIGAP 110 FDR設備及其精細細節分辨率技術，這款粉末基聚合物 3D 打印機配備了CO2激光器，擁有超細光束（直徑僅為標準 SLS 的一半），因此能夠打印尺寸精度為 +/- 40 μm、最小壁厚為0.22 mm 的堅固尼龍部件。
讓蜂群煥發生機
通過與奧地利制造合作伙伴 1zu1 密切合作并利用 EOS 的 FDR 解決方案，Festo最終成功打印了 BionicBee 的框架，在強度、容量和最小重量等各方面都達到了必要的標準。
BionicBee飛行器框架采用 PA1101 3D 打印而成，這是一種蓖麻油衍生的尼龍材料，以其高抗沖擊性和熱穩定性而聞名。FestoBionic 團隊還利用算法驅動的建模優化了結構，在不影響性能的情況下，將部件重量從 20 克減輕至僅 3 克，降低了 85%。
3D 打印 BionicBee EOSFesto除此之外，在項目開發過程中使用增材制造技術，使 Festo 團隊能夠按時完成任務，并在不延長交付周期的情況下測試飛行器框架的不同版本。Mattias 說道：“3D 打印實現了快速迭代周期，這對于緊迫的項目時間至關重要。從一開始，Festo 就將增材制造視為不僅僅是一種選擇，更是整個概念的推動力。”
最終，費斯托成功打造出一款受蜜蜂啟發的微型飛行器，翅膀拍動頻率為15至20赫茲，并擁有四個拍動自由度。這使得這款飛行器能夠在狹小空間內靈活飛行，并具備集群飛行的靈活性——費斯托已成功演示了20個單元的同步集群飛行。
最后，Mattias 補充道：“BionicBee展現了高分辨率增材制造技術在輕量化設計中的潛力。項目的成功開辟了許多其他機遇——從先進的空中機器人和微型飛行器，到任何對減重、復雜結構和快速迭代至關重要的應用。尤其值得一提的是，項目已證明能夠在保持結構完整性的同時將框架重量減輕 85%，這為其他需要精密、耐用、超輕部件的航空航天、汽車甚至醫療應用帶來了巨大的潛力。此次合作還展示了 AM 如何縮短開發時間，這對于希望快速從概念轉向功能原型和生產的創新驅動型行業具有吸引力。”
來源：南極熊
