飞过激光飞行的鸟类揭示了飞行研究的缺陷

 行业动态     |      2021-02-23 08:50

护目镜很紧,下巴带很安全。条件平静,激光已准备就绪:空气中注入了微小的气溶胶颗粒,这些颗粒准备在最轻微的干扰下散射和跟踪。等待信号。研究人员指出。鸟飞了!
对于一只PCR仪名叫奥比的鹦鹉来说, 在办公室又多了一天。

作为斯坦福大学机械工程师大卫·伦廷克的研究生,埃里克·古铁雷斯训练了第二小鹦鹉物种的成员,以便精确测量它在飞行过程中产生的涡流。他们的研究结果发表在12月6日出版的《生物信息学与生物仿生学》杂志上,有助于解释动物如何产生足够的升力来飞行,并可能对飞行机器人和无人机的设计产生影响。

伦廷克实验室的研究生、这项研究的合著者Diana Chin说:"我们研究的目的是比较文献中非常常用的模型,以找出鸟类或其他飞行动物在唤醒后产生的升力。"我们发现,我们尝试的所有三种模型都非常不准确,因为它们做出的假设不一定是真的。

科学家依靠这些模型来解释飞行动物产生的气流,了解动物在飞行过程中如何支撑它们的体重。研究结果通常被引用为飞行机器人和无人机的工作灵感来自这些动物的生物学。生物启发机器人是伦丁克的专业 - 他的学生开发了第一个拍打机器人,可以起飞和降落垂直像昆虫和快速般的机器人与翅膀变形,因为它俯冲和滑翔。

戴着护目镜的鸟

在这项实验中,该研究的主要作者、伦丁克实验室的前研究生古铁雷斯利用人体激光安全护目镜、3D打印插座和兽医胶带的镜片制作了鹦鹉大小的护目镜。护目镜的侧面也有反光标记,因此研究人员可以跟踪鸟的速度。然后,他训练奥比戴上护目镜,从栖息到栖息。

训练后,这只鸟飞过激光片,照亮了无毒的微米大小的气溶胶颗粒。当鸟飞过种子激光片时,它的翅膀运动干扰了粒子,从而生成了飞行产生的涡流的详细记录。这些从奥比的翼尖上旋转出来的粒子创造了迄今为止飞行动物留下的最清晰的画面。以往的测量结果在动物的背后进行了几次翼拍,并预测动物产生的涡流会随着时间的流落而相对冻结,就像飞机在消散前的反面。但这项工作的测量显示,鸟的尖涡突然戏剧性地破裂。"现在,虽然漩涡破裂发生在飞机后面很远的地方——比如一千多米——在鸟身上,它可能发生在离鸟很近的地方,在两三个翼拍之内,而且它更猛烈,"伦丁克说,他是论文的高级作者。

接受三种理论

问题是基于动物觉醒的不准确想法的提升模型是否有效。

该团队将三个主流模型中的每一个都应用于他们记录的实际测量结果,并由此生成了三种不同的估计值,用于每个翼拍产生的提升 Obi 数量。然后,他们将先前使用伦丁克实验室开发的敏感设备进行的研究中计算的升力估计值与实际升力值进行了比较。Lentink说:"这种仪器是一种空气动力学平台,非常灵敏,以至于当他们测试一个原型时,它几乎坏了,里面弹出一个完全膨胀的气球。

他们发现,在不同程度上,所有三个模型都未能预测一只拍打鹦鹉产生的实际升力。

需要新型号

这项研究突出了在开发飞行机器人的挑战的基础上,已知的动物飞行。这三种模式之间的差异,加上早期研究中涉及的动物种类,包括其他鸟类、蝙蝠和昆虫,使得文献中的比较极具挑战性。当前选项的有问题的性能所示,一个全新的模型可能是答案。

伦丁克说:"许多人查看动物飞行文献的结果,了解机器人翅膀如何设计得更好。"现在,我们已经表明,人们使用的方程并不像社区所希望的那样可靠。我们需要新的研究,新的方法来更可靠地为这个设计过程提供信息。

伦丁克认为,他的实验室开发的新技术——直接测量力的新技术——可以与详细的流量测量相结合,以更好地剖析和模拟动物飞行中涉及的空气动力学现象。