發現昆蟲利用自然的機翼振動來穩定飛行
2020-10-03 工程學習
盤旋動物（蜂鳥）的縱向飛行示意圖。圖片來源：Taha等，《科學機器人》。5，eabb1502（2020）
來自加利福尼亞大學，北卡羅來納大學教堂山分校和西北太平洋國家實驗室的一組研究人員發現，昆蟲利用自然振蕩來穩定其飛行。在發表在《科學機器人》雜誌上的研究中，研究人員使用了他們所描述的「一種演算學」（按時間順序演算），以更好地理解導致飛動的昆蟲飛揚的因素。代爾夫特理工大學的MatějKarásek在同一期雜誌上發表了一篇Focus文章，描述了團隊在這項新工作上所做的工作。
數百年來，科學家一直在研究昆蟲和鳥類的飛行。最初，人們希望這樣做能夠使人類飛行。最近，研究為飛行機器人技術做出了貢獻。在這項新的工作中，研究人員集中研究了昆蟲和蜂鳥用來保持高度穩定的高空撲動機制。他們指出，以前的研究人員還無法完全根據昆蟲拍打翅膀的方式來展示昆蟲如何保持穩定性。他們實際上發現了相反的事實。這種拍打本質上是不穩定的。
這導致研究人員認為必須考慮其他一些因素。他們指出，先前的研究人員曾提到與昆蟲和機器人拍打有關的振動。這給了他們一個想法，即使用時間演算（一種用於分析非自治動態系統流動的數學類型）來用數學術語描述波動。他們發現，當將自然機翼振動（振動）添加到方程中時，穩定性得到改善。他們進一步指出，當飛行的昆蟲或機器人受到幹擾時，振動在穩定方面起著更重要的作用。
研究人員還發現，對於小型昆蟲而言，振動幾乎無法提供穩定作用。但是更大的生物，例如天蛾和蜂鳥表現出大大提高的穩定性。他們的發現可能對開發通過拍打飛行的機器人的工程師有用。
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當鳥飛行時，翅膀上的空氣比翅膀底部的空氣流動得更快，氣流流速越快其產生的壓力越小，這意味著翅膀下的空氣比翅膀上的空氣壓力更大，由此便產生了一股向上的升力。人類根據這樣的原理，造出了固定翼飛機，可是在飛機發明大約30年之後，由於人類科技的進步，飛機飛行的速度和高度都不斷提高，這時出現了一種機翼震顫的現象，這種現象往往使得機翼突然斷裂破碎，造成機毀人亡的事故，那麼該如何解決這個問題呢？ -
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昆蟲飛行有奇招--中國數字科技館
實際上，它們飛行時並沒有費氣力，因為它們在空中旅行時，並沒有擺動翅膀，它們只是張著雙翅，讓空中的氣流，把身體託起來，並且巧妙地利用風力，靠風力把它們吹向前去。所以，昆蟲是利用氣流變化，進行長途滑翔的能手。雖然人類也能利用滑翔機在空中航行，可是滑翔的距離很短，而昆蟲在空中滑翔的本領，卻比人類高明得多。 -
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昆蟲機器人你見過嗎?可模仿昆蟲快速飛行,時速可達11公裡
他們說，這款名為DelFly Nimble的機器人具有卓越的飛行品質，可以開闢新的無人機應用。根據發表在「科學」雜誌上的研究，飛行動物通過拍打翅膀來動力和控制飛行。出色的表現在懸停時，29克和33釐米的翼展機器人可以在充滿電的電池上飛行超過5分鐘，而其14釐米的機翼可以以大約20英寸的頻率飛行。17赫茲。其卓越的動力效率在大約前進巡航速度達到峰值。3米/秒（~11公裡/小時），飛行距離超過1公裡。這要歸功於其尾部前身DelFly II進行的設計優化，其中拍打機構和機翼被繼承。 -
日研究發現:飛行依賴程度影響昆蟲翅膀構造
新華網東京12月15日電 日本《東京新聞》14日報導說，日本高輝度光科學研究中心研究人員利用Ｘ射線對50種昆蟲的翅膀纖維構造研究後發現，它們的翅膀纖維構造與其飛行依賴程度有關。 該中心研究人員巖本之裕等人使用大型放射設施「ＳＰＲＩＮＧ8」，透視蜻蜓、蜜蜂等50種昆蟲冷凍後的翅膀纖維細胞並分析它們的構造。 -
韓國大學研發出世界最輕的兩翼機器人,可用於研究昆蟲飛行機制
#極果播報#據外媒報導，韓國建國大學的研究人員研發了一款名叫「KUBeetle-S」的飛行機器人，它們的形狀看上去和昆蟲極其相似，這款機器人的靈感來源於一種名為Allomyrina dichotoma的有角甲蟲，是地球上最大的昆蟲之一，重約5至10g，翅膀的負載能力達到40 N/m 2，遠遠高於昆蟲翼負載的平均值（通常約為8N / m2）。 -
研究人員開發了尖銳的反直覺機翼,空氣動力學效果反而更好
，可以使小型固定翼無人機更加穩定和高效。機翼還保證了空氣動力學上高效的飛行，從而可以延長電池壽命並延長飛行時間。 論文的主要作者，布朗工程學院教授肯尼·布魯爾說：「它們往往效率低下，這將大多數無人機的電池供電飛行時間限制在大約30分鐘左右。它們還容易被來自障礙物（例如建築物和樹木）的吹來的風吹散。所以我們一直在考慮可能解決這些問題的機翼設計。」 -
猜猜誰是昆蟲界的飛行家
蜻蜓是昆蟲世界中傑出的飛行者不過飛行起來，蜻蜓就顯得出色得多。原來蜜蜂、蟬在飛行時，四片翅膀是一齊振動的，而蜻蜓的兩對翅膀卻是分別扇動的。所以蜻蜓飛行時翅膀扇動次數 少於其他昆蟲，而速度則快得多。例如蜜蜂每秒鐘扇動翅膀 250 次，飛行 4.5 米；蒼蠅每秒鐘扇動翅膀 100 次，飛行4米；而蜻蜓每秒鐘扇動翅膀 38次，飛行卻可達9米遠。蜻蜓的飛行速度那麼快，那麼它那薄得透明的翅膀能經受得起高空振顫嗎？ -
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長期以來，蜻蜓作為一種特殊的昆蟲，深受廣大科學家的關注，從蜻蜓身上，科學家學到了很多，比如模擬昆蟲複眼結構的光電設備，模擬翅斑的高速機翼顫振設計配重等等，都讓科學家們嘆為觀止，但是蜻蜓帶給科學家的衝擊，還遠遠不止這些，就飛行性能而言，蜻蜓可以算是全世界最好的飛行器，沒有之一，任何人造的飛行器都在蜻蜓面前毫無還手之力。 -
蜻蜓是昆蟲界最優秀的飛行員？從飛行方式、技巧和翅膀本身說起
但是同樣作為昆蟲，蜻蜓是昆蟲中前飛扇動翅膀次數最少的且速度最快的。它每秒扇動30-50次翅膀，可以在空中進行長時間長距離的飛行還可以隨意的加速，其衝刺飛行速度可達40m/s，這簡直就是昆蟲中的戰鬥機，這是一般昆蟲無法完成的飛行。 -
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其設計靈感源受四億年的昆蟲進化理論啟發，源於昆蟲遭遇飛行碰撞後依舊保持穩定的能力， Elios的飛行概念是數億年自然演變的結果。Elios採用獨特而實用的方法，解決了在複雜而狹窄的空間內或需與人類接觸的室內飛行無人機中最大的挑戰:碰撞和傷害的風險。 -
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科學家們發明了一種受昆蟲啟發的無人機，這種無人機在飛行途中與障礙物發生碰撞時，機翼會像摺紙一樣「塌陷」。這種新型無人機非常靈活，在彈回到最初的形狀之前，它可以不間斷地吸收衝擊。工程師們說，這種革命性的設計靈感來自昆蟲的翅膀和日本古老的摺紙藝術，使它既堅硬又靈活。 -
全球最輕雙翼機器人來了!靈感來自獨角仙 最長可飛行9分鐘
當使用這些新的設計策略時，研究人員進行了一系列的測試來評估KUBeetle-S的性能和耐久性。他們發現，低電壓操作可以防止驅動電機過熱，增強機器人的耐力。「我們機器人的另一個關鍵優勢是它重量輕。」Park教授說，「我們還發現，當KUBeetle-S的翅膀載荷接近真正的昆蟲時，它能飛得更久，這表明翅膀載荷是一個重要的參數，即使當我們模擬自然界的飛行時也是如此。」除了提高機器人的耐力和增加它的飛行時間，Park、Phan和他們的同事們引入的新策略允許它向任何方向移動，在戶外飛行，並攜帶額外的有效載荷。 -
NASA利用記憶合金打造出新型可摺疊機翼
如果機翼能變得更加「橡膠」感一些，這樣其就能變成多種形狀，這也就意味著它們能夠滿足多種不同的飛行條件。為此，NASA的阿姆斯特朗飛行研究中心、格倫研究中心、蘭利研究中心、波音研究與技術部門、Area-I Inc聯合研發一種能取代現所用液壓機和發動機的制動器，其將能讓重量減少80%並將通過形狀記憶合金運轉。最近，NASA在加州愛德華茲空軍基地的羅傑斯幹湖上展開了一系列飛行測試。在測試過程中，他們使用了通過遠程控制的原型技術評估研究飛機(PTERA)。 -
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飛機機翼是如何承受大重量的？
飛機最突出的部分是機翼，機翼這麼薄，怎麼能承受幾十噸重量？機翼的主要部件包括翼肋、翼梁、桁架和外殼，機翼結構的基本功能是形成機翼的流線型，同時將外部載荷傳遞給機身。機翼結構在外力作用下應具有足夠的強度、剛度和壽命，足夠的剛度不僅是指翼型在氣動載荷作用下保持形狀的能力，也是指機翼抵抗扭轉和彎曲變形的能力。