
甲虫犀金龟,俗称“独角仙”,拥有独特的翅膀结构,包括一对坚实的鞘翅作为前翅,以及一对薄膜状的、可折叠的后翅。这种甲虫的翅膀振翅和收翼机制相当复杂,在所有昆虫中尤为突出。
最近,一项在国际学术杂志《自然》上发表的研究为我们揭示了独角仙甲虫的翅膀运动之谜。这一发现不仅对扑翼机的设计产生了启发,也让人们进一步了解了这种奇妙生物的飞行机制。
扑翼机相较于固定翼或旋翼飞行器,具有更高的飞行效率、更强的隐蔽性、机动性和适应性。它的机翼能够上下扑动,像鸟或昆虫的翅膀那样进行适时调整。
在过去的十年里,科学家们已经研发出多种模仿昆虫的扑翼机器人。这些机器人无真正的昆虫那样收起翅膀,这在碰撞或休息时显得尤为重要。瑞士洛桑理工学院的研究人员黄武潘及其同事,通过对犀金龟振翅和收翼过程的细致观察,将最新的发现应用于微型扑翼机的设计。
他们实现的突破在于,让微型扑翼机能够在短短100毫秒内快速关闭机翼。这种设计允许机翼在一个拍打周期内,在各种频率下释放。这种技术模仿了鸟类和蝙蝠等飞行动物的特性,使它们在飞翔时能伸展翅膀,休息时则收起。
甲虫在飞行时,独特的翅膀动作引人注目。它们首先举起鞘翅,然后展开后翅,主要依靠扇动后翅来提供飞行动力。当甲虫停下来时,其后翅能够巧妙地折叠起来,藏在鞘翅底下。
黄武潘及其同事发现,甲虫展开翅膀是一个复杂的过程,其中后翅的展开并不需要肌肉控制。相反,这一过程是被动完成的。当甲虫打开鞘翅时,其后翅会像弹簧一样部分弹开。而在甲虫准备飞行时,后翅基部会提升,翼尖展开,进入飞行状态。收起后翅需要鞘翅的推动。这一发现为研究人员制作模仿甲虫被动展开与缩回的微型机器人提供了灵感。
受到甲虫启发的微型机器人不仅在模拟甲虫飞行行为方面取得了突破,而且在实际应用中也表现出了巨大的潜力。这种机器人能够在狭小空间内执行任务,例如在倒塌建筑物中进行搜救工作。它们还能帮助生物学家研究昆虫的飞行力学和野生行为。这一领域的进展为未来的科技探索开辟了新的道路。
