北京,7月31日电(diàn) —— 在探索自然界奇妙机制的征途上(shàng),科学家们又取得了(le)一项突破性发现。《自然(rán)》杂(zá)志今日发(fā)布了一项来自瑞士(shì)洛桑联(lián)邦理(lǐ)工学院的研究,该研究深入剖(pōu)析了犀金龟(一(yī)种(zhǒng)甲虫)如(rú)何巧妙地展开与缩回其后翅,且(qiě)这一过程竟(jìng)然(rán)无需依赖肌肉的直接(jiē)活动。这一(yī)发现不仅加(jiā)深(shēn)了(le)我们对生物力学复(fù)杂性(xìng)的理(lǐ)解,更为微型飞行机器人的设计开(kāi)辟了新的思路。
长期以(yǐ)来(lái),甲虫的翅膀折叠机制因其高度的复杂性和精(jīng)巧性而备受关注。它们拥有(yǒu)一对坚硬的鞘(qiào)翅作为(wéi)保护,以及一(yī)组轻(qīng)盈的膜质后翅用于飞行。尽管科学家们(men)对甲虫翅膀(bǎng)的折纸艺术般的折叠方式进(jìn)行了大(dà)量(liàng)研(yán)究,但(dàn)关于后翅具体如何展开与缩回的(de)谜团却一直未能(néng)完全(quán)解开。传统观(guān)点认为,这(zhè)一(yī)过程由胸(xiōng)部(bù)肌肉驱动(dòng),然(rán)而这(zhè)一假(jiǎ)设始终缺乏(fá)确凿(záo)的(de)实验(yàn)证据。
此次,瑞士洛桑联(lián)邦(bāng)理工学院的研究团(tuán)队利用高(gāo)速摄像技术和动态(tài)相(xiàng)似的(de)飞行机器人(rén)模型(xíng),巧妙(miào)地(dì)填补了这一研究空(kōng)白。通过(guò)细致的观察,研究团队惊奇地发现(xiàn),犀金龟在展开与缩回后翅时(shí),实际上采用的(de)是一种高度优化(huà)的被动机制。具体而言,后翅的展开是一个两阶段过(guò)程:首先,后翅以(yǐ)类似弹簧的方式部分弹(dàn)出,随后通过拍打的(de)动作迅速提升至飞行位置(zhì);而在缩回时,则巧妙地(dì)利用鞘(qiào)翅(chì)的构(gòu)造,实现(xiàn)后翅的(de)平稳降落至(zhì)静止状态,整个(gè)过程无需肌肉的直接参(cān)与。
受这一自然奇迹的启发,研究团(tuán)队(duì)进一(yī)步(bù)设计并制(zhì)作了一款(kuǎn)微型机(jī)器人(rén),该机器人(rén)能够(gòu)模(mó)仿甲虫后翅的被动展(zhǎn)开与缩回机制。在(zài)实(shí)验中,这款机器(qì)人(rén)不仅成功实现了起飞,还稳定地维持了(le)飞行(háng)状态,充分展(zhǎn)示了这一生(shēng)物力学原理在工程技(jì)术领域的巨大(dà)潜力。
该研究不仅增(zēng)进(jìn)了我(wǒ)们对自然界生物飞行机制的认识(shí),更(gèng)为微(wēi)型飞行机器人的设计带来了革命性的启示。特(tè)别(bié)是(shì)在那些需要(yào)机器人在有限或复杂空间内灵(líng)活作业(yè)的场景(jǐng)中,如(rú)搜救、环境监测等领域,这一发现有望显(xiǎn)著提升(shēng)微型飞行机器(qì)人(rén)的(de)性能与适(shì)应性,开(kāi)启(qǐ)微型机器人技术的新(xīn)篇章。
随着研究的深(shēn)入,我们有理(lǐ)由相信(xìn),自然界的(de)智慧将继续(xù)引领人(rén)类在科技创新(xīn)的道路上(shàng)不(bú)断前行,为我们的生活带来(lái)更多惊(jīng)喜与(yǔ)便利。