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美国工程师从蝗虫飞行中找到飞行机器人灵感
查看:1286  发稿日期:2017-8-3 10:53:17

        一直以来,蝗虫都以其有效飞行模式而闻名。近日,美国的飞行器工程师们从蝗虫在长距离飞行时其翅膀所产生的旋转和扭曲找到灵感,这对于研制飞行机器人而言非常有帮助。


        图:研究人员通过模型数据的方式,来模仿蝗虫在翅膀变硬后以及翅膀弯曲程度得到加强后对其飞行效率的影响。
        据美国连线网站9月19日报道,《科学》杂志9月18日发表的一篇论文显示,飞行器工程师们从蝗虫在长距离飞行时其翅膀所产生的旋转和扭曲找到灵感,这对于研制飞行机器人而言非常有帮助。
        虽然研究人员研究昆虫和其他动物的飞行已经有很长一段时间了,但是华盛顿大学的汤姆·丹尼尔(Tom Daniel)表示:“在此之前,我们仍然没有完全理解昆虫飞行时其翅膀中的空气动力学和生理结构。”不过,随着科学家们对蝗虫的飞行方式展开研究,这其中的奥秘得以解开。
        据悉,该项目主要是研究蝗虫的飞行模式。一直以来,蝗虫都以其有效飞行模式而闻名。英国牛津大学的艾德里安·托马斯(Adrian Thomas)是该研究项目的合伙人之一,他表示,如果说蜻蜓是动物王国的喷气式战斗机,那蝗虫就是跨大陆飞行的747飞机。虽然,蝗虫的飞行缺乏灵活性,但是它能够长距离飞行。这种4个翅膀的昆虫天生就具备一次飞几百英里的潜质。
        托马斯及其同事利用高速相机来捕捉蝗虫飞行时其翅膀拍打和弯曲的细节。根据高清图片提供的数据,研究人员建立了一个几乎完美的数学模型。通过这个模型,托马斯和他的团队就能够预测飞行中的蝗虫在其周围将产生何种气流形状。在实验中,飞行中的蝗虫在其周围释放出的小团烟雾所产生的气流旋转与模型预测的十分接近。托马斯表示:“通过这项实验,我们能够检测(模型)是否有效,结果也确实证明了其有效性。”
        随后,研究人员通过模型数据的方式,来模仿蝗虫在翅膀变硬后以及翅膀弯曲程度得到加强后对其飞行效率的影响。结果表明,在模型中无论是翅膀变硬或变直,蝗虫的飞行效率都将受到损失。
        托马斯表示,在以往的昆虫飞行模型中,翅膀都是被设定为硬度高的直线型。这种设定就忽略了昆虫翅膀的柔韧性和形状可能会对飞行产生的重要影响。他称:“工程师们喜欢将事情简单化,他们通常只是单纯的将昆虫翅膀设定为硬度高的直线型,并利用这种简单的模型”,但是新的研究显示,弯曲的昆虫翅膀在每次拍动过程中能够获得更多气流动力。
        英国埃克塞特大学(University of Exeter)的罗宾·伍顿(Robin Wootton)认为,此项研究为柔软翅膀有助于飞行这种观点提供了良好的实验证明。他表示:“在我看来,这个团队是该项研究领域表现最好的团队。”
       罗宾·伍顿还指出,理解蝗虫及其它昆虫的飞行细节,将有助于研究人员设计小型飞行机器人。丹尼尔说表示:“微型飞行器(micro air vehicle)正受到越来越多的关注,大自然的神奇将帮助我们设计出更好的飞行器。”
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