无人机的飞行:科学家们(men)如何(hé)创造更好的飞(fēi)行(háng)器?他(tā)们从自(zì)然界(jiè)中寻找灵感,研究(jiū)发现有翼动物即便是在困难的条件(jiàn)下,也能有效地穿过(guò)空气的适应性变化。现如今的(de)无(wú)人(rén)机比(bǐ)以往任何时候的都(dōu)更为复杂(zá),在科学(xué)家们探索(suǒ)出更多的昆虫、 蝙蝠以(yǐ)及(jí)鸟类(lèi)飞行成功(gōng)的秘密后(hòu),将会继续提高它们(men)的性能。
潜入水中:很多飞行器(qì)正展翅高飞,而一种新型(xíng)的无人机就像水(shuǐ)鸟一样,可以从半空中一(yī)跃入水。有翼(yì)无人机 (AquaMAV) 拥有能变形(xíng)的翅(chì)膀,当它潜(qián)水时(shí),便(biàn)会将翅膀折(shé)叠起来。这种(zhǒng)水(shuǐ)生微型飞行器重量仅有200 克,它(tā)可以飞向目的地(dì),或是(shì)进(jìn)入水(shuǐ)下的目的地,在水下进行短暂的数(shù)据收集后,使用喷气(qì)推进的方式将(jiāng)自己推送到空(kōng)中,然后回(huí)到基地。
小憩(qì):在迁移期间(jiān),有些(xiē)鸟能连续飞(fēi)几天甚至几个月不休息,它们(men)如何(hé)在长(zhǎng)途飞(fēi)行(háng)中补眠的(de)问题长期困扰(rǎo)着科(kē)学家们。以(yǐ)前,人们认为长途飞行的军(jun1)舰鸟在飞行的过程中,一次只休息一个(gè)脑半球——从字面上理解,就(jiù)是睡觉时睁一只(zhī)眼闭一只眼。但一(yī)项(xiàng)新研究对处于长期洄游行程中的鸟儿(ér),进行了第一(yī)次脑(nǎo)部扫描,科学家(jiā)们发现,在某些时(shí)刻,它们完全睡着了,但时间(jiān)非(fēi)常短暂,并且是在高空下进行着机械性滑翔。
无声的飞行:科学家们仔细地观察猫头鹰的翅膀,从(cóng)而了解这些鸟类掠(luě)食者如何在飞(fēi)行中(zhōng)不(bú)发出任何声音(yīn)。生物学家、 数(shù)学(xué)家以及工程师们研究猫头鹰的气(qì)动(dòng)性能;他们发现(xiàn),羽(yǔ)毛之间(jiān)功(gōng)能性的结合(hé),铸(zhù)就了无声的飞行。他们发现,猫头(tóu)鹰翅膀(bǎng)的大尺(chǐ)寸(cùn)面积允许他们(men)以(yǐ)较慢的速(sù)度飞行,以此来(lái)减少(shǎo)它们制造的噪音,而羽毛之间的连锁结(jié)构以(yǐ)及(jí)天鹅绒般的表面(miàn)纹理,也能抑(yì)制噪音,就如同机翼边缘滑过(guò)空中所留下(xià)的痕迹。
危(wēi)害控制:即使是最稳固的无人机也可能会损(sǔn)坏,因此科学家们(men)正在(zài)研究飞行器如(rú)何(hé)修复;他(tā)们正在研究动(dòng)物如何修(xiū)复受伤的翅膀,且在此之(zhī)后依然能飞(fēi)行——甚(shèn)至是(shì)翼膜受到了严(yán)重(chóng)的(de)损(sǔn)伤。研究(jiū)人员(yuán)用高速摄像机记录对失(shī)去一边翅膀的果蝇进(jìn)行(háng)的测试,测试结果表明(míng),果(guǒ)蝇通过改变翅膀上下拍打的幅度,并让(ràng)身体倾向受(shòu)伤的翅膀一(yī)侧,从而适应在半空中的飞行。
稳定:突如其来的(de)一阵(zhèn)强风会扰(rǎo)乱(luàn)动物和飞行器的飞行(háng),但科学家发现,即使(shǐ)是(shì)在狂风的情况下,蜜蜂仍(réng)能坚持飞行(háng)觅食(shí)。为了(le)了解蜜蜂如何穿过(guò)狂风,研(yán)究人员将昆虫(chóng)置于(yú)风洞中,并(bìng)记(jì)录下他们的(de)飞(fēi)行动作。他们(men)发现,蜜(mì)蜂用不同(tóng)的反应来(lái)调整自己,从而让自己停留在半空中,其(qí)中包括改变翅(chì)膀挥(huī)动的频率及(jí)振幅,以及多样化他们飞行(háng)时的拍翅对称性(xìng)。通(tōng)过模仿这(zhè)些(xiē)技术,飞(fēi)行器可以提高他(tā)们穿过空(kōng)气(qì)湍流的能(néng)力。
一个方向:贴近地面飞行的鸟,将(jiāng)会面(miàn)临多变的飞行环(huán)境(jìng),它(tā)们需要迅速(sù)地处理视觉的(de)输入,快速地调整飞行方向,从而避(bì)开任何阻(zǔ)拦(lán)它们(men)的障碍物。为了找出鸟儿如(rú)何机动地(dì)调整(zhěng)和目标之间的间隔(gé),同时维持前进的(de)动(dòng)力,研究人员对(duì)鸽(gē)子进行了追踪,观察它们飞过放置的(de)不(bú)同障碍物时的(de)状态,并在三个维度中记录它们的动作(zuò)。他们(men)发现鸽子(zǐ)选定的方向与它们飞翔时的方(fāng)向(xiàng)密(mì)切相(xiàng)关,这样他们就可以更(gèng)快(kuài)地飞(fēi)行,且(qiě)更少地调整翅膀挥(huī)动的节拍。
正面朝上:有些(xiē)时(shí)候(hòu),研究人员会通过研究不会(huì)飞行(háng)的昆虫,来了解飞行(háng)。竹节虫幼虫无翅,但是当他们跌倒时,即(jí)使(shǐ)没有翅膀的帮助,它们也(yě)可以使自己悬(xuán)浮在半空(kōng)中。科学(xué)家观察(chá)发现,当昆虫掉(diào)落时,他们(men)能通过腿部运(yùn)动与(yǔ)气流相(xiàng)协(xié)调(diào),从而迅(xùn)速地转动自己(jǐ),使(shǐ)自己正面朝上,在0.3秒以内(nèi)完(wán)全(quán)扭转过来。研究人员在他们的研究中(zhōng)解释(shì)道,这(zhè)项技术可能是在昆虫飞行进化的早(zǎo)期阶段使用到的,它(tā)可以提高(gāo)无人机在空中的敏(mǐn)捷(jié)性。
小心缝隙:季节性(xìng)换(huàn)羽是鸟(niǎo)类更(gèng)新(xīn)羽(yǔ)毛的方式,尚未完(wán)成(chéng)换羽(yǔ)的鸟类仍然(rán)需要继续飞行(háng),而在一些情(qíng)况下,无视翅膀的状况可能会受到安全的威胁。研究(jiū)者们选(xuǎn)取了乌(wū)鸦(yā)家庭中的一只(zhī)寒鸦(yā),以(yǐ)飞行的(de)空气(qì)动力学的角度,观察它(tā)在换(huàn)羽的不同阶段的状态。研究者发(fā)现,在换羽期间,鸟类的飞行效率会降低,但(dàn)鸟类会通(tōng)过调整(zhěng)翅膀的姿势来弥补羽毛缺失(shī)的情况(kuàng),这(zhè)也是一种可以运(yùn)用(yòng)于机翼损坏(huài)的无人机飞行的策略。

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