版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們

想象一下，在你頭頂、身旁飛過(guò)的，可能不是小鳥(niǎo)、昆蟲(chóng)，而是飛行機(jī)器人，它像鴿子一樣在低空中滑翔、像蜻蜓那樣急轉(zhuǎn)直上、像蝴蝶一樣翩翩起舞，是不是超級(jí)炫酷！在電影《沙丘2》中，我們看到的未來(lái)式仿生撲翼機(jī)，其原型正是高效又靈活的蜻蜓，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)這是一種仿生蜻蜓的撲翼機(jī)。

自然界一直都是人類(lèi)產(chǎn)生各種發(fā)明創(chuàng)造靈感的不竭源泉。我們都或多或少曾經(jīng)幻想過(guò)自己能長(zhǎng)出翅膀，像鳥(niǎo)兒一樣飛翔。自古以來(lái)，人們?yōu)榱孙w上藍(lán)天，留下了不少神話(huà)傳說(shuō)，進(jìn)行了很多次飛行嘗試，但由于早期的撲翼機(jī)都只是在外形上簡(jiǎn)單地模仿，結(jié)果當(dāng)然都以失敗告終。后來(lái)，伴隨著內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明和空氣動(dòng)力學(xué)的完善，人類(lèi)飛行的夢(mèng)想由萊特兄弟發(fā)明的固定翼機(jī)實(shí)現(xiàn)，幾年后，旋翼機(jī)被發(fā)明出來(lái)。

但是，為什么我們直到現(xiàn)在仍很少看到撲翼機(jī)的身影呢？最關(guān)鍵的原因就是關(guān)于力學(xué)的建模與控制問(wèn)題尚未取得突破。撲翼機(jī)是典型的非定?？諝鈩?dòng)力學(xué)系統(tǒng)，與平時(shí)常見(jiàn)固定翼機(jī)不同，它的飛行是通過(guò)機(jī)翼的撲動(dòng)與角度變換來(lái)獲得不恒定的升力和向前的推動(dòng)力，并不是簡(jiǎn)單地上下?lián)]動(dòng)翅膀就可以實(shí)現(xiàn)。

空中飛行大師——鳥(niǎo)類(lèi)的飛行得益于它的翅膀中有大幅度活動(dòng)關(guān)節(jié)的骨架、肌肉群，以及符合空氣流動(dòng)原理的羽毛和脊髓神經(jīng)控制系統(tǒng)的幫助。這讓鳥(niǎo)類(lèi)可以靈活地根據(jù)氣流和生命活動(dòng)需求，調(diào)整飛行姿勢(shì)。但科學(xué)界對(duì)于鳥(niǎo)類(lèi)的空氣動(dòng)力學(xué)機(jī)制研究仍存在一定空白，難以構(gòu)造精確的解析力學(xué)模型，這是我們要面對(duì)的挑戰(zhàn)。

盡管如此，仍有航空人堅(jiān)守著人類(lèi)最初的飛行夢(mèng)想。西北工業(yè)大學(xué)的仿生飛行器研究團(tuán)隊(duì)就一直在此領(lǐng)域深耕：今年3月，仿生撲翼機(jī)“小隼”一出現(xiàn)就驚艷了眾人，它采用了全新的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，具有目前同類(lèi)飛行器中最像鳥(niǎo)類(lèi)的飛行動(dòng)作，能在撲動(dòng)翅膀的同時(shí)聯(lián)動(dòng)單側(cè)翅膀收縮折疊，這讓它擁有更強(qiáng)的隱蔽性能。

相較于固定翼機(jī)和旋翼機(jī)，撲翼機(jī)具有高氣動(dòng)效率、高機(jī)動(dòng)性、低噪聲等明顯優(yōu)勢(shì)。消耗同樣的能量，撲翼機(jī)可以飛行得更遠(yuǎn)，通過(guò)更復(fù)雜的地形，更悄無(wú)聲息地完成地形探索、目標(biāo)追蹤、生態(tài)監(jiān)測(cè)、軍事偵察等，應(yīng)用潛力巨大。

最精密的電腦比不過(guò)一只蒼蠅的大腦，人類(lèi)也從未停止從大自然中模仿創(chuàng)新。當(dāng)前，撲翼機(jī)采用的機(jī)翼設(shè)計(jì)主要有單翼、弧面翼、復(fù)雜翼等，相關(guān)的飛行性能、操控性和電池續(xù)航力也各不相同。今年7月，北京科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)也取得重要成果，成功設(shè)計(jì)了一款翼展為27厘米、重量?jī)H為18克的微型仿生撲翼機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)在室內(nèi)自由可控飛行，并具備穩(wěn)定懸停能力。

雖然距離實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用還有一段路要走，但隨著更輕便、耐損耗的材料出現(xiàn)與飛行理論的不斷完善，撲翼機(jī)終將在祖國(guó)的大地上展翅高飛，在環(huán)保、航空、國(guó)防等領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。

（作者系廣東省科學(xué)院工業(yè)分析檢測(cè)中心實(shí)驗(yàn)員）

點(diǎn)擊查看 中國(guó)科普資源名錄 資源展示

點(diǎn)擊查看 中國(guó)科普資源名錄 資源需求

歡迎掃碼關(guān)注深i科普！

我們將定期推出

公益、免費(fèi)、優(yōu)惠的科普活動(dòng)和科普好物！