美造出2.1克重"水母飞行器" 未来或取代直升机
http://www.kexue.com 2014-01-23 10:50:33 中国科技网 发表评论
在20世纪初那些飞行器先锋们的启发下,美国纽约大学科学家造出了世界上第一架“水母飞行器”。 这是一种超轻微型实验机,重量仅2.1克,也是第一架能像水母在水中运动一样在空中盘旋、移动的人造飞行器。相关论文发表在英国皇家协会《交界》杂志上。
“我们最初的兴趣是想造一种机器昆虫,用它替代直升机,”雷夫-里斯托夫说(他协助纽约大学应用数学实验室的斯蒂芬-乔德里斯建造了飞行器),“最终,它变得有点奇怪,成了一只水母。”
工程师们一直非常欣赏水母,它们的运动简单而有效,是经过数百万年的进化选择才塑造出来,只需一条简单的肌肉和最基本的神经系统,而无需大脑指挥。水母有一个钟形的、半透明的“裙摆”,最初扇动一下鼓起来后就紧紧闭合,从它的小开口处向外喷水,让它自己运动起来。
研究人员设计的水母飞行器有四个花瓣形的翅膀,每个8厘米长,还能收拢折叠起来变成一个面朝下的“圆锥”。飞行器上装有一个微型发动机,能让翅膀向外推然后向下,每秒可扇动20次,迫使空气从圆锥下面出来。这样,一个“扑翼飞机”或飞行器就能盘旋飞行了,而且还非常稳定,无需持续的能耗矫正。
“如果从上面撞它,它会自动保持稳定。”里斯托夫说,它会让自己4个翅膀中的一个更加卖力从而改变方向。
制造飞行器骨架的材料是轻质碳纤维,能支撑住发动机并形成翅膀框架。然后在上面蒙上透明的迈拉膜(一种聚酯类高分子膜),这种膜可以在普通模型商店买到。里斯托夫说,他和乔德里斯被电影《飞行先锋》中的片段迷住了,早期研发飞机的先锋们努力模仿昆虫来建造扑翼飞行器,但当时的知识和材料都还很匮乏。“那些早期的飞行实验在当时看来非常有创新性,他们想出了许多好主意,但也有馊主意。”
里斯托夫还说,按目前的状态,水母飞行器还属于一种概念论证性设备,正在测试研究人员的各种想法。纽约大学已对此提出了专利申请。下一步将增加一个电池,作为由精细电线供电的样机,并实现遥控,在操作和能源效率方面也有许多工作要做。但最终,也许用不了几年,扑打着翅膀的无人驾驶飞行器就会变得很常见。
“毫无疑问,像这样的飞行器有许多军事用途,比如监视,但我希望它也能成为一种民用设备。比如发出一群数百个这种飞行器分散到各个角落,去检测空气污染。”里斯托夫说,该飞行器轻得像根羽毛,它还需要一个官方的名字。“我们平时把它叫做‘飞行水母’,但‘航空水母’也很酷。”
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