北京,7月31日(rì)电 —— 在(zài)探(tàn)索自然界(jiè)奇妙机制(zhì)的(de)征途上,科学家们又取得了一项突破性发现。《自然》杂志今(jīn)日发布了一项来(lái)自瑞士洛桑联邦理(lǐ)工学院的研究,该(gāi)研究深入剖析了犀(xī)金龟(一种甲虫)如何巧妙地展开与(yǔ)缩回其后翅,且这一过程竟然无需依赖肌(jī)肉的直接活(huó)动。这一发现(xiàn)不仅加深了我(wǒ)们对生物(wù)力学复杂性的理解,更为(wéi)微型飞行机(jī)器人的设计(jì)开(kāi)辟了新(xīn)的思路。
长期以(yǐ)来(lái),甲虫的翅膀折叠(dié)机制因(yīn)其高度的复杂性和精巧性(xìng)而(ér)备(bèi)受关(guān)注。它们拥有一对坚(jiān)硬(yìng)的鞘翅作为保(bǎo)护,以(yǐ)及一组轻(qīng)盈的(de)膜质后翅用于(yú)飞行(háng)。尽管科学家们对(duì)甲虫翅膀的折(shé)纸艺术般的折叠(dié)方式进行了大量研究,但关于(yú)后翅(chì)具体如何(hé)展开与缩回的(de)谜团(tuán)却一(yī)直未能完全解开。传统观点认为,这一过程由(yóu)胸部肌肉驱(qū)动,然而这一假设始终(zhōng)缺乏确凿的实验(yàn)证据。
此次,瑞士洛桑联邦理工(gōng)学院的研究团队(duì)利用(yòng)高速摄(shè)像技术和动态(tài)相似的飞行机器人(rén)模型,巧妙地填补了(le)这一研究空白。通过细(xì)致(zhì)的(de)观察,研究(jiū)团队惊奇(qí)地(dì)发现,犀金龟在(zài)展开与缩(suō)回后翅时,实际上采用(yòng)的(de)是一种高度优(yōu)化的被动机制。具体而言,后翅的展(zhǎn)开是(shì)一个两(liǎng)阶段过程:首先(xiān),后翅(chì)以类似弹簧的方式部分弹(dàn)出,随后(hòu)通过拍打的动作迅速提升至飞行位置;而在缩回(huí)时,则巧妙地利用鞘翅的(de)构造,实现(xiàn)后(hòu)翅的平(píng)稳降落(luò)至静止状态,整个过(guò)程无需肌肉的直(zhí)接参与。
受这一自然奇迹的启发,研究(jiū)团队进一(yī)步设计并制作了一款微型机器人,该机(jī)器人能够模仿甲虫(chóng)后翅的被动(dòng)展开与缩(suō)回机制。在(zài)实验中,这款机(jī)器人不仅成功(gōng)实现了(le)起飞(fēi),还(hái)稳(wěn)定地维(wéi)持了飞(fēi)行状态,充(chōng)分展示了这一生物力学原理在工(gōng)程技术(shù)领域的巨大(dà)潜力。
该研究不仅增进(jìn)了我们对自然界(jiè)生物飞行(háng)机制的认识,更(gèng)为微型(xíng)飞行机器人的设计带来了革命性的启示。特别是在那些需要机器人在有限或复杂空(kōng)间内灵活作业的场(chǎng)景中,如搜救、环境监测等领域,这一发现有望显著提升微型飞行机器人的性能(néng)与适(shì)应性(xìng),开(kāi)启微型机器(qì)人技(jì)术的新(xīn)篇章(zhāng)。
随着研究的深(shēn)入,我们有(yǒu)理由相信,自然界的智慧将继续引(yǐn)领人类在科技(jì)创(chuàng)新(xīn)的道路上不断(duàn)前行,为我们的生活带来更多(duō)惊喜与便利(lì)。