北京,7月(yuè)31日电(diàn) —— 在探索自然(rán)界奇妙机制的征途上,科学家们又(yòu)取得了一项(xiàng)突破(pò)性发现。《自然》杂志今日发布了(le)一项来(lái)自瑞士(shì)洛桑联邦理工学院的(de)研究,该研究深入剖析了(le)犀金龟(一种(zhǒng)甲虫)如(rú)何巧妙(miào)地展开与(yǔ)缩回(huí)其后(hòu)翅,且这一过(guò)程竟然(rán)无需依赖肌肉的直接活动。这一(yī)发现不仅加深了我们对(duì)生物力(lì)学复杂性的理解,更为微型飞(fēi)行机器人的设计开(kāi)辟了(le)新的(de)思路。
长期以来,甲虫的翅膀折叠机制因其高度的复杂性和精巧性而备受关注(zhù)。它们拥有一(yī)对坚硬的鞘翅作为保护,以及(jí)一组轻盈的膜质(zhì)后翅用于飞行。尽管科学家们(men)对甲虫翅膀的折(shé)纸艺术(shù)般的折叠方式进行(háng)了大量研究,但关(guān)于后(hòu)翅具体如何展开与缩(suō)回的谜团却一直未能完全解开(kāi)。传统观点认(rèn)为,这一过程由胸部肌肉驱动,然而这一假设(shè)始终缺乏确凿的实(shí)验证(zhèng)据。
此次,瑞士洛(luò)桑联邦理工学院的研究团队利用高速摄像(xiàng)技术和动态(tài)相似的飞行机器(qì)人模型,巧妙地填补了这一研究空(kōng)白。通(tōng)过细致(zhì)的观察,研究团(tuán)队惊奇地发现,犀金龟在展开与(yǔ)缩回后翅(chì)时,实际上(shàng)采(cǎi)用的是一种(zhǒng)高度优化的被动(dòng)机制。具体而言,后翅(chì)的展开是一个两阶段过程:首(shǒu)先,后翅以类似弹簧的方(fāng)式部分弹出,随后通(tōng)过(guò)拍打的动作迅速提升至(zhì)飞行位置;而在缩回时,则巧妙地利用鞘翅的构造,实现(xiàn)后(hòu)翅的平稳降(jiàng)落至静止状态,整个过程无需肌(jī)肉的直(zhí)接参与。
受这一自然(rán)奇迹(jì)的启发,研(yán)究(jiū)团队进一(yī)步(bù)设(shè)计并制作(zuò)了一款微型机器人(rén),该机器人能够模(mó)仿甲虫后(hòu)翅的被动展开与缩回机制(zhì)。在实验中(zhōng),这款(kuǎn)机器人不仅成(chéng)功实现了起飞,还稳定地维持(chí)了飞行状态,充分展示(shì)了(le)这一(yī)生物(wù)力学原理在工程(chéng)技术领域的巨大潜(qián)力。
该研究(jiū)不仅增进了(le)我们(men)对自然界(jiè)生物(wù)飞行机制的(de)认识,更为微型飞行机(jī)器人的(de)设计带来了革命性(xìng)的启示(shì)。特别是在那些需要机器人在(zài)有限或(huò)复杂空间内灵(líng)活(huó)作业的场景中,如搜救、环境监(jiān)测等领域,这一发现有望显(xiǎn)著提升微型飞行机器人的性(xìng)能与适(shì)应性,开启微型机器人(rén)技术(shù)的新篇章。
随着(zhe)研究的深(shēn)入,我们有理(lǐ)由(yóu)相信,自然界(jiè)的智慧将继(jì)续(xù)引领人类在科技创新的(de)道路(lù)上不断前行,为我们的生(shēng)活(huó)带来(lái)更(gèng)多惊(jīng)喜与便利。