无人机的飞行(háng):科学家们如何创造更(gèng)好(hǎo)的(de)飞行器?他们从自然界中寻找灵感,研究(jiū)发现有翼动物即(jí)便是在困难(nán)的条件下,也(yě)能有(yǒu)效地穿过(guò)空气的适(shì)应性变(biàn)化(huà)。现如今的(de)无人机比(bǐ)以往任(rèn)何时候的都更为复杂,在科学家们探(tàn)索出更多的(de)昆虫、 蝙蝠以及鸟类飞行(háng)成功的秘密后,将(jiāng)会继续提高它(tā)们的(de)性能。
潜入水中:很多飞行器正展翅高飞(fēi),而(ér)一种新型的无(wú)人机就像水鸟一样(yàng),可(kě)以从半空中一跃(yuè)入水。有(yǒu)翼无(wú)人机 (AquaMAV) 拥有能变形的(de)翅(chì)膀,当它(tā)潜(qián)水时,便会将翅膀折叠起来。这种水生微型(xíng)飞行器(qì)重量仅有200 克,它可以飞(fēi)向目的(de)地,或是进入水下的目的地,在水下(xià)进行短暂(zàn)的数据收集后,使用喷气推进的方式将(jiāng)自己推送(sòng)到空中(zhōng),然后回到基地。
小憩:在迁移期间,有些(xiē)鸟能连续飞(fēi)几(jǐ)天(tiān)甚至(zhì)几个月不(bú)休息,它们(men)如何在长(zhǎng)途飞行中补(bǔ)眠的问题长期困扰着科学家们。以前(qián),人们(men)认为长途(tú)飞行的军舰鸟在飞行的过程中,一次只休息一(yī)个脑半球——从字面上理解(jiě),就是睡觉时睁一只眼闭(bì)一(yī)只眼。但(dàn)一项(xiàng)新研究对处于长期洄游(yóu)行(háng)程中的鸟儿,进行了(le)第一次(cì)脑部(bù)扫描,科学(xué)家们发(fā)现(xiàn),在某些时刻,它们完(wán)全睡着了,但时间非常短暂,并且是在高空下进行着机械(xiè)性(xìng)滑(huá)翔(xiáng)。
无声的飞行:科(kē)学家(jiā)们仔细(xì)地观察猫头鹰的翅(chì)膀,从而了解这些鸟类掠食者如何(hé)在飞行中不发出任何声(shēng)音(yīn)。生物学家、 数学家以及工程师们研究猫头鹰(yīng)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(tā)们发现,猫头鹰翅膀(bǎng)的(de)大尺(chǐ)寸面(miàn)积允许他们以较慢(màn)的速(sù)度飞行,以此来减少它们制造的噪音,而羽毛之间(jiān)的连锁结构以及天(tiān)鹅绒般的表面纹理,也(yě)能抑制噪(zào)音,就如同机翼(yì)边缘滑过(guò)空(kōng)中所留(liú)下(xià)的痕迹(jì)。
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(jiā)们正在研究(jiū)飞行器如何修(xiū)复;他们正在研究动物如何修复受伤的翅膀,且在此之后(hòu)依然能飞行——甚至是(shì)翼(yì)膜(mó)受到了严重的损伤(shāng)。研究人员用高速摄像机(jī)记录对失去(qù)一边翅膀的果(guǒ)蝇进行(háng)的(de)测试,测试结果表(biǎo)明(míng),果蝇通过(guò)改变翅膀上下拍打的(de)幅度,并让身体倾向受伤的翅膀一侧,从而适应在半空中的(de)飞行(háng)。
稳定(dìng):突如其来(lái)的一阵(zhèn)强风会扰乱动物和(hé)飞行(háng)器的飞行,但科学家发(fā)现,即使(shǐ)是在狂风的情况下,蜜蜂(fēng)仍能(néng)坚持飞行觅食。为了了(le)解蜜蜂(fēng)如何穿过狂风,研究人员将昆虫置于风洞中,并(bìng)记(jì)录下他们(men)的飞行动作。他们发现(xiàn),蜜蜂用不同的反应来调整自己,从而让自己停留在半空(kōng)中,其(qí)中(zhōng)包括改变(biàn)翅膀挥(huī)动(dòng)的频率及振幅,以及多样化他们飞行(háng)时的(de)拍翅对称(chēng)性。通过模(mó)仿这些技术,飞行器可以提高他们穿过(guò)空气湍流的能力(lì)。
一个方向(xiàng):贴近地面飞行的(de)鸟,将会面临(lín)多变的飞(fēi)行环境,它(tā)们需要(yào)迅速地(dì)处理视觉的输入,快速地调(diào)整(zhěng)飞行方向(xiàng),从而避开任(rèn)何阻拦它们的障碍物。为了(le)找出鸟儿如何(hé)机动地调整和目(mù)标之间(jiān)的(de)间(jiān)隔,同时维持前进(jìn)的动力,研究人员对鸽(gē)子进行了追踪,观察它们飞过放(fàng)置(zhì)的不同(tóng)障碍物时的状态,并(bìng)在(zài)三(sān)个维度中(zhōng)记录它们的动作。他们发现鸽子选定的方(fāng)向(xiàng)与(yǔ)它们飞翔时的方向密切(qiē)相关,这样他们就可以更快地飞(fēi)行(háng),且更(gèng)少地调整翅膀挥动的节(jiē)拍。
正面朝上(shàng):有些时候,研究(jiū)人(rén)员会通(tōng)过(guò)研究不会(huì)飞行的昆虫(chóng),来了解飞行。竹节(jiē)虫(chóng)幼虫无(wú)翅,但是当他们跌倒(dǎo)时,即使没有翅膀的帮助(zhù),它们也可以使自己悬浮在半空中。科(kē)学家观察(chá)发现,当昆虫掉落时,他们能通过腿部运(yùn)动与气流(liú)相协调,从而迅速地转动自己,使自己正面朝(cháo)上,在0.3秒以内完全扭转过来。研究人员在(zài)他们的研究中解释道,这(zhè)项技术(shù)可能是在昆虫飞行进(jìn)化的(de)早期阶段使用到的,它可以(yǐ)提高无人机(jī)在空中的(de)敏捷性。
小心缝(féng)隙:季节性换羽(yǔ)是鸟类更新羽毛的方(fāng)式(shì),尚未完成换羽的鸟类仍然(rán)需要继续飞(fēi)行,而在一些情况下(xià),无视翅膀的(de)状况可能会受到安全的威胁(xié)。研究者们选取了乌鸦家庭中的一只(zhī)寒鸦,以飞行的空气动力(lì)学的角(jiǎo)度,观(guān)察它(tā)在(zài)换羽的不同(tóng)阶段的状态(tài)。研究(jiū)者发现,在换羽期间,鸟类(lèi)的飞行效(xiào)率(lǜ)会降低,但(dàn)鸟类会通过调整翅膀的姿势来(lái)弥补(bǔ)羽毛缺(quē)失的情况,这也是(shì)一种(zhǒng)可以运用于机翼损坏的(de)无人(rén)机飞(fēi)行的策略。

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