无人(rén)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(xiàn)有翼动物(wù)即便是在困难的条件下(xià),也能有效地穿(chuān)过(guò)空气的适(shì)应性变化。现如今(jīn)的无人(rén)机比以往(wǎng)任何时候的都更为(wéi)复杂,在科(kē)学(xué)家们探索出(chū)更多的昆虫(chóng)、 蝙蝠以(yǐ)及鸟类飞行成功的秘密(mì)后,将会继(jì)续提(tí)高它们的性能。
潜入水中:很多飞行器正(zhèng)展翅(chì)高飞,而一种新型的无人机就像水鸟一样,可(kě)以(yǐ)从半空中一跃(yuè)入水。有翼无人机 (AquaMAV) 拥有能变形的(de)翅膀,当(dāng)它(tā)潜水时,便会将翅膀(bǎng)折叠起来。这(zhè)种(zhǒng)水(shuǐ)生(shēng)微型飞行器重量(liàng)仅(jǐn)有200 克,它可(kě)以飞向目(mù)的地,或是进入(rù)水下(xià)的目的地,在水下进行短暂的数(shù)据收集(jí)后,使用喷(pēn)气推进的方(fāng)式(shì)将自己推送(sòng)到(dào)空中,然后回到基地(dì)。
小(xiǎo)憩:在迁移期(qī)间,有些鸟能连续飞几天甚至几个(gè)月(yuè)不休息(xī),它(tā)们如何(hé)在长途飞行中补(bǔ)眠的问题长期困(kùn)扰着(zhe)科学(xué)家们。以前,人们认为长途飞(fēi)行的军舰鸟在飞行(háng)的过程中(zhōng),一次只休息一个脑半球——从(cóng)字面(miàn)上理解,就是睡觉时睁一只眼闭一只(zhī)眼。但一项(xiàng)新研究对(duì)处于长期(qī)洄游(yóu)行(háng)程中(zhōng)的鸟儿,进行了第一次脑部扫描,科学(xué)家们发(fā)现,在某些时刻,它们完(wán)全睡着(zhe)了,但时间非常短暂,并且是在高空(kōng)下进行着机械性滑翔。
无声的飞行(háng):科(kē)学家们仔细地观察猫头鹰(yīng)的翅膀,从而了解这些鸟类(lèi)掠食(shí)者如何(hé)在飞行中不发(fā)出(chū)任何(hé)声音(yīn)。生物学家、 数学家以及(jí)工程师们研究猫头鹰的气动性能;他们发现,羽毛(máo)之间功能(néng)性(xìng)的结合,铸就了无声的飞行。他(tā)们(men)发现,猫头鹰翅膀的(de)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(ér)羽毛之间的连(lián)锁结(jié)构(gòu)以及天鹅绒般的表面(miàn)纹理,也能抑制噪(zào)音,就如同机翼边缘滑过空中所留下的(de)痕(hén)迹。
危害控制:即使是最(zuì)稳固的无(wú)人机(jī)也可能会损坏(huài),因此科学家们(men)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(de)翅膀,且在此之(zhī)后依然能飞(fēi)行——甚(shèn)至(zhì)是(shì)翼膜受到(dào)了严重的损伤。研究人员用高速摄像机记(jì)录(lù)对失去一边翅膀的果蝇进行的测(cè)试,测试结果表明,果蝇通过改变翅膀上下拍(pāi)打的幅度(dù),并让身(shēn)体倾向(xiàng)受(shòu)伤的翅膀一侧(cè),从而适应在半空中的飞行(háng)。
稳定(dìng):突(tū)如其来的一阵强风会扰乱动物和飞行器(qì)的(de)飞行,但科学(xué)家发现(xiàn),即使(shǐ)是(shì)在狂风(fēng)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(chóng)置于风洞中,并记录下他们的(de)飞行动作。他们发现(xiàn),蜜(mì)蜂用不同(tóng)的反应来调整(zhěng)自己,从而(ér)让自己停(tíng)留在半空中,其(qí)中包括改变(biàn)翅膀挥动的频率及振(zhèn)幅,以及多(duō)样化他们飞行时的拍翅对(duì)称(chēng)性。通过模仿这些技术,飞行器可(kě)以(yǐ)提高他们穿过空气湍(tuān)流的能力。
一个方(fāng)向:贴近地面飞行的鸟,将会面临多变(biàn)的(de)飞行环(huán)境,它们需要迅速地处(chù)理视(shì)觉(jiào)的(de)输(shū)入,快速地(dì)调整飞行(háng)方向,从而(ér)避开任(rèn)何阻拦它们的障碍物。为(wéi)了(le)找出鸟儿如何机动地调整(zhěng)和目标之间的(de)间隔,同(tóng)时(shí)维持前(qián)进的动力,研究人员对鸽子进行了追踪,观察它们(men)飞过放置的不同障碍物时的状态,并在三个(gè)维(wéi)度中记录它们的动作。他们发现(xiàn)鸽子选定的(de)方向与它们飞翔(xiáng)时的方向(xiàng)密切相(xiàng)关,这样(yàng)他们就可以更快地飞行,且更少地调整(zhěng)翅膀挥(huī)动的节(jiē)拍。
正面朝上:有些时候,研(yán)究人员会通过研究不会飞行的昆虫(chóng),来了解飞行。竹节虫幼虫无翅,但(dàn)是当他们跌(diē)倒时,即使没有翅膀(bǎng)的(de)帮助,它们也可以使(shǐ)自己(jǐ)悬浮在半空中。科学家观(guān)察发现,当昆虫掉落时,他们能通过腿部(bù)运动与(yǔ)气流(liú)相协调,从而迅速地转动自己,使自己正面朝(cháo)上(shàng),在(zài)0.3秒以(yǐ)内完(wán)全扭转过来。研究人员(yuán)在他们的(de)研究(jiū)中解释道,这(zhè)项技术可能是在昆虫(chóng)飞行进化的早期阶段使用到的,它可以(yǐ)提高(gāo)无人机在空中的敏捷性(xìng)。
小心缝隙(xì):季节性换羽是鸟类(lèi)更(gèng)新羽毛的方式,尚未完成(chéng)换羽的鸟(niǎo)类仍然需(xū)要继(jì)续飞行,而在一些情况下,无视翅膀的状况可能(néng)会受到安全的威胁。研究者(zhě)们选取(qǔ)了乌鸦家庭中的一只寒鸦,以飞(fēi)行的空气动力学的角(jiǎo)度,观察(chá)它(tā)在换羽的不同阶段(duàn)的状态。研究者发现,在换羽期(qī)间,鸟类的飞(fēi)行效率(lǜ)会降低,但(dàn)鸟类会通过调整翅(chì)膀的(de)姿(zī)势来弥补羽毛缺失的情况,这也是(shì)一种可(kě)以运用于机翼损坏的无(wú)人机飞行(háng)的策(cè)略。

咨询航拍服务(wù)可(kě)加昆明俊鹰(yīng)无人(rén)机飞控(kòng)手老鹰的(de)微(wēi)信laoyingfly |