文章图片
文章图片
文章图片
蜻蜓若虫完全是水生的 ， 较大的幼虫能够使用类似于头足类动物的喷射推进器游泳 。 通过这样做 ， 动物可以产生大约2Hz的脉冲水射流推力 ， 幅度高达150mN 。 然而 ， 喷射机制与幼虫形式的水下呼吸器有关 ， 一旦蜻蜓变态进入成年阶段 ， 就会被抛弃 。大多数昆虫通过简单地爬出并晒干自己离开水面 ， 但一些非常小的跳跃昆虫也适应了从水面跳跃 。
【在自然界中，空中和水生动物的代谢成本有显着差异】
侏儒蟋蟀能够从水面跃至其自身高度的60倍左右 ， 但这种小型昆虫在静止时依靠表面张力在水面上支撑自己 ， 并且没有任何游泳能力 。在自然界中 ， 空中和水生动物的代谢成本有显着差异 。 由于浮力的存在 ， 在运动过程中不需要抵消自重 ， 因此降低了水中的运输成本 。 科学家还强调了尺寸作为设计考虑的重要性 ， 随着尺寸的减小 ， 粘度、表面张力和自然扰动的影响会增加 ， 从而降低运动效率 。 然而 ， 空中-水上飞行器的许多设想应用需要一种可以快速运输到感兴趣区域进行部署的飞行器 ， 而这将通过小尺寸和轻重量来促进 。
较小的机器人也可以在较小的空间中功能性地移动 ， 这将允许更近距离的观察 。 飞行有利于低密度 ， 而游泳有利于中性浮力 ， 追求潜水的鸟类随着体型的增加而失去飞行能力 。 最大的海雀和鸬鹚分别不会飞和几乎不会飞 。 在给定的运动策略中 ， 大多数水生动物的大小和速度几乎没有变化 。 然而 ， 鱿鱼的长度从20mm到超过10m不等 ， 据记载 ， 鱿鱼的飞行长度从60 mm到超过1m ， 其大小变化远远超过任何其他气栖动物 。
这表明了一种可扩展性 ， 可以使从飞行鱿鱼中获得灵感高度适用于机器人设计 。也有人提出 ， 与单独的水上运动相比 ， 鱿鱼和鱼类的飞行为迁徙提供了能量优势 。 这是由于减少了空气中的阻力 ， 并且不利于总体趋势的发展 。 虽然是争论的主题 ， 但这凸显了一个事实 ， 即尺寸并不是运输效率的唯一考虑因素 ， 仔细选择运动策略也将是自主水上飞机设计的关键 。
虽然不存在真正的水上飞行器 ， 但最近已经进行了关于在飞行器中实施俯冲潜水能力的研究 。 相关人员开发了一种测试平台 ， 能够在潜入水中之前折叠机翼 。 然而 ， 该装置目前是用于评估潜水车要求的实验平台 ， 尚不具备飞行能力 。 扑翼推进已经在许多机器人中得到证明 ， 并且在空气和水中都有许多优点 。 研究人员使用实验数据开发了一个模型 ， 用于研究机翼尺寸和变形对海雀启发的扑翼机器人在空气和水中的动力需求的影响 。
这使他们能够根据机器人在执行任务期间在空气和水中花费的相对时间提出不同的优化几何形状 ， 但这项工作并未发展成实用的机器人 。 机器人在空中的扑翼飞行目前依赖于非常轻的、低惯性的机翼和高扑翼速度 ， 而这些机翼及其相关的致动器将不适合在水下使用 。 此外 ， 漂浮在水面上时行程范围的损失将使没有浮筒的情况下很难起飞 ， 使用浮筒将极大地抑制水下运动 。
因此 ， 建议混合扑翼推进不是一种立即可行的自主水上飞机设计策略 ， 主要是因为难以在运动模式之间进行这种系统转换 。 然而 ， 未来的技术进步可能会使这更加可行 。 存在许多使用水面作为延伸跑道的机器人飞行器 。 无人机水上飞机的三个例子是俄勒冈钢铁厂的“海上侦察兵”、WarriorAeromarine的“居尔”和密歇根大学的“飞鱼” 。 前两种飞行器是远程操作的 ， 但能够自主着陆和起飞 ， 而飞鱼是完全自主的 ， 旨在作为移动监视浮标运行 。
推荐阅读
- 哈勃望远镜拍到距离地球4800万光年星系，宛如“眼睛”凝视着地球
- 最近的超级地球之一，砖石星球，你对它了解多少？
- 脱发如此严重，竟然是体型惹的祸丨Nature研究
- 普通人何时能进中国空间站？杨利伟回答振奋人心，这回真能上天了
- #今天，你是几点起来做核酸的？#
- 地球上所谓的“最近的黑洞”并不是黑洞
- AFN块体单晶的湿法蚀刻和红外吸收报告
- 达尔文在生物哲学上的理论
- ?人类对研究外太空的热情只增不减