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    瑞(ruì)士研(yán)究揭示犀金龟后(hòu)翅展开奥秘(mì),助力微型飞行机(jī)器人设计革新

    2024/08/01光明网464



    北京,731日电 —— 在探索自然界奇妙机(jī)制的征途上,科学(xué)家们又取得了一项突破性发现。《自然(rán)》杂志(zhì)今日发布了一项来自瑞士洛桑联邦理工(gōng)学院的研究,该研究(jiū)深入剖析了犀金龟(一种甲虫(chóng))如何巧妙地(dì)展开与(yǔ)缩回其后翅(chì),且这一过程(chéng)竟(jìng)然无需依赖肌肉的直接活动。这一发(fā)现不仅加深了我们对生物力学复杂性的理解(jiě),更(gèng)为微型飞行机器人(rén)的设计(jì)开辟(pì)了新(xīn)的思路。

    长(zhǎng)期以来,甲(jiǎ)虫(chóng)的翅膀折叠机(jī)制(zhì)因其高度(dù)的复杂性和(hé)精巧(qiǎo)性而备受关注(zhù)。它们拥有(yǒu)一对坚硬的鞘翅(chì)作(zuò)为保护,以(yǐ)及(jí)一组轻(qīng)盈的膜质后(hòu)翅用于飞行。尽管科学家们对甲虫翅膀的(de)折纸艺术般的折叠方(fāng)式进行了(le)大量(liàng)研究,但关于后翅具体如(rú)何展开与缩回的谜团却一(yī)直未(wèi)能完(wán)全解开。传统观点认为,这一(yī)过(guò)程由胸部肌肉(ròu)驱动,然(rán)而这(zhè)一假设始(shǐ)终缺乏确凿的实验证据。

    此(cǐ)次,瑞士(shì)洛桑联邦理工学院的(de)研究团队利用高(gāo)速摄像技术和动态(tài)相(xiàng)似(sì)的飞行机器人模型,巧妙(miào)地填补了这一研(yán)究空白。通(tōng)过细致的观察(chá),研(yán)究团队惊(jīng)奇地发现,犀金龟在展开与缩(suō)回后(hòu)翅时,实际上采用的是一种高度优化的被动机制。具体而言,后翅的展开是一个两(liǎng)阶段过程:首(shǒu)先,后翅以(yǐ)类似(sì)弹簧的(de)方式部分弹出,随后通过(guò)拍打的动作迅(xùn)速提升至(zhì)飞行位置;而在缩回(huí)时(shí),则(zé)巧妙地(dì)利(lì)用(yòng)鞘翅的(de)构造(zào),实现后翅的平稳降落至静止状态,整个(gè)过(guò)程(chéng)无(wú)需肌(jī)肉(ròu)的直接(jiē)参与。

    受这一自然奇(qí)迹的(de)启发,研究团队进(jìn)一步设计并制作(zuò)了一(yī)款微(wēi)型机(jī)器人(rén),该(gāi)机器人(rén)能够模仿(fǎng)甲虫(chóng)后翅的被动展开(kāi)与缩(suō)回(huí)机制。在(zài)实验中,这款机(jī)器人不(bú)仅成功实现了起(qǐ)飞(fēi),还稳(wěn)定地维(wéi)持了(le)飞行状态(tài),充(chōng)分展示了这一(yī)生物力学(xué)原理在工程技术领域的巨大潜力。

    该研究不(bú)仅增进了我(wǒ)们对(duì)自然(rán)界生物飞行(háng)机制的认识,更为(wéi)微型(xíng)飞行机(jī)器人的设(shè)计带来了革命性的启示(shì)。特别是(shì)在那些需要机器人在有限或复杂空间(jiān)内灵活作业的场景(jǐng)中,如搜(sōu)救、环境(jìng)监测等领域,这一发(fā)现有望(wàng)显著(zhe)提升微型飞行机器(qì)人的性能(néng)与适(shì)应性,开启微型机器人技术(shù)的新篇章。

    随着研究的深入,我们有理由(yóu)相信,自(zì)然界的智慧(huì)将继续引领人类在科(kē)技创新的道路上不(bú)断(duàn)前行,为我们的生活带来(lái)更多惊喜与便利。

    关键词: 人工(gōng)智(zhì)能(néng)




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