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像鸟儿一样在天空中自由自在地飞翔是人类自古以来的梦想.在希腊神话中,伊卡洛斯和泰达路斯父子为了通过飞行得到自由,甚至付出了生命的代价（图1）.文艺复兴时期的雷奥纳多·达芬奇模仿鸟类的飞行绘制了扑翼飞行器（图2）,并且将其制造出来,这就是人类史料记载的第一架扑翼机.艾迪安·朱尔斯·马雷（1830～1904）,率先对鸟类的飞行姿态进行了科学研究.他用照相机拍下了鸟类飞行的连续姿态照片（图3）,使鸟类飞行的精确研究成为可能.1889年,奥托·李林塔尔发表了《鸟类飞行——航空的基础》.奥托·李林塔尔和古斯塔夫·李林塔尔兄弟的滑翔机试验（图4）为后人的研究提供了大量数据.1906年,阿尔贝托·桑托斯·杜蒙在法国设计制造了一架浮空器和飞机的组合体（图5）.其升力一部分由封装起来的轻于空气的气体提供,另一部分由机翼上下表面的压力差提供.在前人的基础上,Festo公司近年来研发了一系列仿生学浮空飞行器.空中蝠鲼AirRayAirRay是一种模仿海洋生物蝠鲼研制的飞行器（图6）.经过千万年的进化,蝠鲼的游动方式和鸟类飞行颇有相似之处.而AirRay的轮廓是经过多次试验和改进才最终被确定的.AirRay通过遥控操纵飞行,采用了混合式结构,同时具有装满氦气的气囊和扑翼驱动机构.气囊用铝涂层气密材料制成,可填充1.6m3的氦气.因为1m3的氦气大约能产生1kg的浮力,所以AirRay的总重不可超过1.6kg.空气的密度（海平面,20℃）为0.0012kg/m3,而水的密度为1kg/m3,差别非常大.这就要求AirRay的结构必须非常轻,才能以类似于蝠鲼在海洋中游动的方式,在空气的“海洋”中飞行.AirRay的推力由扑翼机构产生,其侧翼的结构类似于鱼类的尾部.舵机沿着侧翼的纵轴施力,使侧翼上下扑动.侧翼有较强的抗扭能力.在它的外端安装了一个舵机,使其可绕轴转动,从而使AirRay能后退飞行.空中水母AirJelly水母在5亿年前就已经出现,在漫长的进化史中展现出了很强的环境适应性.水母的身体含有99%的水,故其密度和水的密度基本相同.水母的游动方式是否可以作为飞行的借鉴?能否在空中实现像水母在水中一样的游动?带着这些疑问,AirJelly应运而生（图7～图11）.AirJelly通过无线电操纵飞行.因为其气囊直径1.35m,能容纳1.3m3的氦气,提供约1.3kg的升力,所以AirJelly的总重（包括囊体和辅助设备）不能超过1.3kg.AirJelly使用两块8V、400mAh的锂电池,能在半个小时内完成充电.AirJelly通过一个中心电机驱动圆锥齿轮,圆锥齿轮带动8个圆柱齿轮.每个圆柱齿轮带动一个轴转动,再通过曲柄机构驱动一个触角（图12）.而触角的运动则模仿鱼类尾部的摆动.AirJelly在三维空间的运动会受到重量分布的影响.利用这一原理,在AirJelly的头顶设置了一个55cm长的重锤,并可在x、y轴平面移动.通过遥控器精确控制这个重锤的移动,即可使AirJelly向重锤移动的相同方向活动,再结合高度方向的“蠕动”运动,AirJelly就能实现在三维空间的自由飞行.空中企鹅AirPenguin企鹅是一种有趣的鸟类,在漫长的进化过程中,它虽逐渐失去了飞翔的本领,但却获得了在水中自由游动的能力.AirPenguin是模仿企鹅的动作制作的自动程度很高的飞行器,其灵活性和机动性接近于真实的企鹅（图13、图14）.AirPenguin的主体是一个氦气囊（图15）,可容纳1m3氦气,其升力能平衡约1kg的重量.氦气囊的两端各有一个锥形的柔性结构,由4根碳纤维杆和几段圆环构成,圆环之间相隔约10cm（图16）.这个柔性结构可向任意方向弯曲,其灵感来源于鱼类的尾部,并在此基础上进行了功能扩展,以适应三维空间飞行需要.两两相对的碳纤维杆通过钢缆与滑轮连接,当一边延展时,相对的一边则压缩.在4根碳纤维杆共同作用下,可使柔性结构尖端弯向任意方向.Airpenguin的头部和尾部也能实现自由弯转.AirPenguin的翅膀由聚氨酯泡沫制成,安装在贯穿氦气囊的轴上,由两个舵机控制,一个控制其上下扑动频率,另一个通过转动翼轴使其前缘上升或者使后缘上升,从而使AirPenguin前进或者后退.此外,还有一个舵机同时控制AirPenguin翼的翼轴转动,向上转动可使翼上升,向下转动可使翼下降.因为这3个舵机都比例控制,所以对AirPenguin的扑动频率、向前和向后、上升和下降的操纵都很灵活.AirPenguin上还搭载了复杂的导航和通讯设备,使之能够以提前设定的程序或者完全自主地探索所处的空间.空中飞鱼Airfish离子喷射推进系统常用于航天工程.在真空中,以离子喷射的方式推进,即使作用力只有毫牛级大小,在漫长的星际旅行中仍然足以使航天器达到很高的速度.AirFish就应用了类似的原理（图17～图21）.在AirFish的尾端安装了静电离子喷射发动机.沿着铜管分布的20～30kV高压静电场将空气分子与其电子分离,使之成为离子.正离子向负极方向飞去,同时带动一些中性的分子同向运动,整体流动速度可达10m/s.AirFish的侧翼安装了新型仿生等离子射线推进装置.它基于电介质阻挡层放电原理,用层状电极夹着厚0.4mm的电介质产生一个高频高压（10kV、11kHz）交变电场.虽然没有类似翅膀的结构,但是这种装置模仿的是翅膀扑动的推进原理,图22～图24是其尾迹湍流图.在推进时,该装置的作用类似于一个简化的翅膀机构.