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受8种动物启发而设计出的无人机

【发表时间:2020-06-27 20:24:04 来源:巴彦淖尔网】

无人机的飞行:科学家们如何创造更好的飞行器?他们从自然界中寻找灵感,研究发现有翼动物即便是在困难的条件下,也能有效地穿过空气的适应性变化。现如今的无人机比以往任何时候的都更为复杂,在科学家们探索出更多的昆虫、 蝙蝠以及鸟类飞行成功的秘密后,将会继续提高它们的性能。

潜入水中:很多飞行器正展翅高飞,而一种新型的无人机就像水鸟一样,可以从半空中一跃入水。有翼无人机 (AquaMAV) 拥有能变形的翅膀,当它潜水时,便会将翅膀折叠起来。这种水生微型飞行器重量仅有200 克,它可以飞向目的地,或是进入水下的目的地,在水下进行短暂的数据收集后,使用喷气推进的方式将自己推送到空中,然后回到基地。

小憩:在迁移期间,有些鸟能连续飞几天甚至几个月不休息,它们如何在长途飞行中补眠的问题长期困扰着科学家们。以前,人们认为长途飞行的军舰鸟在飞行的过程中,一次只休息一个脑半球——从字面上理解,就是睡觉时睁一只眼闭一只眼。但一项新研究对处于长期洄游行程中的鸟儿,进行了第一次脑部扫描,科学家们发现,在某些时刻,它们完全睡着了,但时间非常短暂,并且是在高空下进行着机械性滑翔。

无声地飞行:科学家们仔细地观察猫头鹰的翅膀,从而了解这些鸟类掠食者如何在飞行中不发出任何声音。生物学家、 数学家以及工程师们研究猫头鹰的气动性能;他们发现,羽毛之间功能性的结合,铸就了无声的飞行。他们发现,猫头鹰翅膀的大尺寸面积允许他们以较慢的速度飞行,以此来减少它们制造的噪音,而羽毛之间的连锁结构以及天鹅绒般的表面纹理,也能抑制噪音,就如同机翼边缘滑过空中所留下的痕迹。

危害控制:即使是最稳固的无人机也可能会损坏,因此科学家们正在研究飞行器如何修复;他们正在研究动物如何修复受伤的翅膀,且在此之后依然能飞行——甚至是翼膜受到了严重的损伤。研究人员用高速摄像机记录对失去一边翅膀的果蝇进行的测试,测试结果表明,果蝇通过改变翅膀上下拍打的幅度,并让身体倾向受伤的翅膀一侧,从而适应在半空中的飞行。

稳定:突如其来的一阵强风会扰乱动物和飞行器的飞行,但科学家发现,即使是在狂风的情况下,蜜蜂仍能坚持飞行觅食。为了了解蜜蜂如何穿过狂风,研究人员将昆虫置于风洞中,并记录下他们的飞行动作。他们发现,蜜蜂用不同的反应来调整自己,从而让自己停留在半空中,其中包括改变翅膀挥动的频率及振幅,以及多样化他们飞行时的拍翅对称性。通过模仿这些技术,飞行器可以提高他们穿过空气湍流的能力。

一个方向:贴近地面飞行的鸟,将会面临多变的飞行环境,它们需要迅速地处理视觉的输入,快速地调整飞行方向,从而避开任何阻拦它们的障碍物。为了找出鸟儿如何机动地调整和目标之间的间隔,同时维持前进的动力,研究人员对鸽子进行了追踪,观察它们飞过放置的不同障碍物时的状态,并在三个维度中记录它们的动作。他们发现鸽子选定的方向与它们飞翔时的方向密切相关,这样他们就可以更快地飞行,且更少地调整翅膀挥动的节拍。

正面朝上:有些时候,研究人员会通过研究不会飞行的昆虫,来了解飞行。竹节虫幼虫无翅,但是当他们跌倒时,即使没有翅膀的帮助,它们也可以使自己悬浮在半空中。科学家观察发现,当昆虫掉落时,他们能通过腿部运动与气流相协调,从而迅速地转动自己,使自己正面朝上,在0.3秒以内完全扭转过来。研究人员在他们的研究中解释道,这项技术可能是在昆虫飞行进化的早期阶段使用到的,它可以提高无人机在空中的敏捷性。

小心缝隙:季节性换羽是鸟类更新羽毛的方式,尚未完成换羽的鸟类仍然需要继续飞行,而在一些情况下,无视翅膀的状况可能会受到安全的威胁。研究者们选取了乌鸦家庭中的一只寒鸦,以飞行的空气动力学的角度,观察它在换羽的不同阶段的状态。研究者发现,在换羽期间,鸟类的飞行效率会降低,但鸟类会通过调整翅膀的姿势来弥补羽毛缺失的情况,这也是一种可以运用于机翼损坏的无人机飞行的策略。


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