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學(xué)習(xí)蝴蝶的飛行路線 --- 撲翼無(wú)人機(jī)有未來(lái)

2020-02-16 14:06 性質(zhì)：編譯 作者：雨歌 來(lái)源：無(wú)人機(jī)網(wǎng)
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阿拉巴馬大學(xué)亨茨維爾分校(UAH)，一名博士生的獲獎(jiǎng)研究結(jié)果表明，帝王蝶的起伏飛行路徑實(shí)際上比直線飛行路徑更節(jié)能。這一發(fā)現(xiàn)表明，其在仿生設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程微型無(wú)人機(jī)...

【無(wú)人機(jī)網(wǎng)援引外媒消息】阿拉巴馬大學(xué)亨茨維爾分校(UAH)，一名博士生的獲獎(jiǎng)研究結(jié)果表明，帝王蝶的起伏飛行路徑實(shí)際上比直線飛行路徑更節(jié)能。這一發(fā)現(xiàn)表明，其在仿生設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程微型無(wú)人機(jī)方面將很有價(jià)值。

馬德胡·斯里達(dá)爾(Madhu. Sridhar)博士的論文贏得了2019年AIAA大氣飛行力學(xué)研究生論文競(jìng)賽，并在最近的佛羅里達(dá)州奧蘭多舉行的2020年AIAA科技論壇上獲獎(jiǎng)。AIAA科學(xué)技術(shù)論壇是最大的年度航空航天會(huì)議，它關(guān)注航空航天領(lǐng)域的研究和技術(shù)成果。2020年AIAA科技論壇包括2500多場(chǎng)技術(shù)展示，5000多名與會(huì)者。

Sridhar博士在UAH的自動(dòng)跟蹤光學(xué)測(cè)量(原子)實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)，對(duì)黑脈金斑蝶的功耗進(jìn)行了建模和分析。機(jī)械與航天工程系副教授Kang昌權(quán)，以及機(jī)械與航天工程系副教授兼副系主任Brian Landrum博士。

從左至右：布賴恩·蘭德倫博士、馬德胡·斯里達(dá)爾博士、姜昌權(quán)博士，分別獲得了AIAA獎(jiǎng)。

斯里達(dá)爾說(shuō):“我們研究的潛在目標(biāo)之一是開(kāi)發(fā)一種無(wú)人機(jī)，它可以像遷徙的帝王蝶一樣長(zhǎng)時(shí)間飛行?！焙诿}金斑蝶每年的遷徙時(shí)間是昆蟲中最長(zhǎng)的，它可以飛行3000公里遠(yuǎn)!即使是最先進(jìn)的無(wú)人機(jī)也無(wú)法飛行這么長(zhǎng)的距離?！?/p>

來(lái)自印度班加羅爾的斯里達(dá)爾說(shuō)，研究人員在研究中使用了一個(gè)簡(jiǎn)化的分析蝴蝶模型，重點(diǎn)研究了機(jī)翼空氣動(dòng)力學(xué)和身體動(dòng)力學(xué)之間的動(dòng)態(tài)相互作用。這篇論文表明，這個(gè)模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相當(dāng)吻合，在他的原子實(shí)驗(yàn)室里，用運(yùn)動(dòng)跟蹤攝像機(jī)記錄了黑脈金斑蝶的一系列飛行軌跡、翅膀和身體的連續(xù)動(dòng)作。

如果蝴蝶使用的波動(dòng)軌跡有優(yōu)勢(shì)，為什么蜜蜂或蒼蠅不使用呢?

他說(shuō):“這項(xiàng)研究表明，在帝王級(jí)水平上，翅膀和身體在顛簸軌道上的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)需要更低的動(dòng)力?！薄皩?duì)于較小的昆蟲來(lái)說(shuō)，這種動(dòng)力優(yōu)勢(shì)會(huì)減弱，這可能就是它們沿直線飛行的原因?！?span style="text-indent: 2em;">蝴蝶的飛行模式是生物學(xué)上預(yù)先確定的，還是只是隨機(jī)的波動(dòng)，這是未來(lái)研究的許多問(wèn)題之一。斯里達(dá)爾也在研究蝴蝶如何選擇飛行高度。他說(shuō):“眾所周知，帝王蝶在遷徙路線上的飛行高度與地面高度不同，我們覺(jué)得這很有趣?！薄拔覀儾恢罏槭裁此麄冞x擇飛得更高，而不是在地面高度?！?/span>

科學(xué)家們推斷，在高海拔地區(qū)，空氣密度的降低可能有利于帝王蝶的飛行。斯里達(dá)爾說(shuō):“為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，我們?cè)赨AH推進(jìn)研究中心的大型真空室中對(duì)帝王蝶進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，我們記錄了在海拔4000米以下的低密度空氣中飛行的情況?！薄斑@有助于我們觀察當(dāng)空氣密度降低時(shí)，它們的翅膀和身體運(yùn)動(dòng)是如何變化的?！?/span>

此外，研究人員正在使用計(jì)算機(jī)模擬來(lái)研究低密度空氣如何影響帝王蝶翅膀的靈活性。

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