北京,7月31日电 —— 在探索自然界(jiè)奇妙(miào)机制的征途上(shàng),科学家(jiā)们又取(qǔ)得了一(yī)项突破(pò)性发现。《自然(rán)》杂志今日发(fā)布了一(yī)项来自瑞士洛桑联邦理工学院的研(yán)究,该研究深入(rù)剖析了犀金龟(一(yī)种甲虫)如(rú)何巧妙(miào)地展(zhǎn)开(kāi)与缩回(huí)其后(hòu)翅,且这(zhè)一过程竟然无需(xū)依赖肌肉的直接活动(dòng)。这一发现不(bú)仅(jǐn)加深了我们对生物力学复杂性(xìng)的理(lǐ)解,更为微型(xíng)飞行机器人的设计开辟了新(xīn)的思(sī)路(lù)。
长期以来(lái),甲虫的翅(chì)膀(bǎng)折叠(dié)机制因其高(gāo)度的复杂(zá)性和精巧性而备(bèi)受关注。它们拥有一对坚硬的(de)鞘翅作为保护(hù),以及一组轻盈的(de)膜质(zhì)后翅用(yòng)于飞行。尽管科学家(jiā)们对甲虫翅膀的折纸(zhǐ)艺术般的折(shé)叠方(fāng)式进行了大(dà)量研究,但关于后翅具体如何展开与缩回(huí)的谜团却一直未能(néng)完全解开。传统观点认为,这一过程由胸部肌肉驱动,然而这一假设(shè)始(shǐ)终缺(quē)乏确凿的实(shí)验证据。
此次,瑞士洛桑联邦(bāng)理工学院的研究团队利(lì)用(yòng)高速摄像(xiàng)技术和动态相似的飞行机器人模(mó)型,巧妙(miào)地填补了这一研究空白。通过细致的观察,研究团队惊奇地发现,犀金(jīn)龟在展(zhǎn)开与缩回后翅时(shí),实际(jì)上(shàng)采用的是一种高度优化(huà)的被动机制。具(jù)体(tǐ)而言(yán),后翅的展开是一个两阶段过程:首(shǒu)先(xiān),后翅以类似弹簧(huáng)的方式部分弹出(chū),随后通过拍打的(de)动作迅速提升(shēng)至飞行(háng)位置;而在缩回时,则巧妙地(dì)利用鞘(qiào)翅的(de)构造,实现后翅的平稳降落至静止状态,整个过程无需肌肉的(de)直(zhí)接(jiē)参与。
受(shòu)这一自(zì)然奇迹(jì)的启发,研究团队进(jìn)一步设(shè)计(jì)并制(zhì)作了一款微型机器人(rén),该机器人能够模仿甲虫后翅(chì)的被动展开与(yǔ)缩回机(jī)制。在实验(yàn)中(zhōng),这款机器人不仅成功实现了起飞,还稳定地(dì)维(wéi)持(chí)了飞行(háng)状态,充分展(zhǎn)示了(le)这一生物(wù)力学(xué)原理(lǐ)在工程技术领域的(de)巨大潜力。
该(gāi)研究不仅(jǐn)增(zēng)进了我们对自然界(jiè)生物飞(fēi)行(háng)机(jī)制的认识,更为微型飞行(háng)机(jī)器人的(de)设(shè)计带来了革命(mìng)性的(de)启示。特别是在那些(xiē)需要机器人在有限或复杂空间内灵活作业的场景(jǐng)中,如(rú)搜救、环境监测等领域,这一发现有(yǒu)望显(xiǎn)著提升微型飞行机器人的性能与适(shì)应(yīng)性(xìng),开启微型机器人技术的新篇章。
随着研究的深入,我们有理(lǐ)由相信(xìn),自然(rán)界的智慧将继续引领人类在科技创新的道路上不断前行,为我们的(de)生活带来(lái)更多惊喜与便利。