像鸟儿一样飞翔的“鸽子机器人”

作者: 环球科学

来源: 环球科学

发布日期: 2020-01-18

斯坦福大学的研究人员设计并制造出一款模仿鸟类的仿生飞行器,其机翼带有真正的鸽子羽毛,能够在机械传动装置的控制下模拟鸟类翅膀的伸缩状态,展示了人类在仿生航空器领域的最新进展。

标题里的谜语,你猜出答案了吗?没错,就是图中这只以假乱真的鸽子机器人。人类一直梦想可以制造出像鸟儿一样自由飞行的仿生航空器,但鸟类控制其自身飞行的生物力学和生理机制十分复杂,人类至今还不能完全模拟这种行为。要想让机翼实现类似鸟类翅膀的灵活、多变性,就必须深刻理解鸟类骨骼和肌肉的运作方式、羽毛间的相互作用,还需要找到合适的材料。

最近发表在《科学》和《科学·机器人》上的两篇文章带给我们惊喜,斯坦福大学的研究人员设计并制造出一款模仿鸟类的仿生飞行器。这种飞行器的机翼带有真正的鸽子羽毛,工作时可以在机械传动装置的控制下模拟鸟类翅膀的伸缩状态。在分析了大量形态各异的鸟类翅膀后,研究人员发现相邻的羽毛是通过一种钩状微结构结合起来的。正是在这种“尼龙搭扣”的帮助下,翅膀可以在运动中连贯而协调地调整形态。

为满足仿生机翼的要求,研究人员根据鸟类翅膀结构制作出人造腕骨和指骨,再连接上普通鸽子的羽毛。羽毛间使用一种人工合成的弹性筋膜固定,它可以发挥“尼龙扣”的作用,保证相邻羽毛在伸缩过程中不因为间隔过大而失去协同效应。通过风洞测试后,装上了仿生机翼的飞行器被成功放飞。这架飞行器在空中可以灵活自由地调整姿态,迅捷地转向、爬升、俯冲,好似一只“机器飞鸽”。这项研究,或将推动人类开发出拥有更灵活机翼的飞行器。

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