逆向工程蜂鸟翅膀或可启发新型无人机设计

蜂鸟的娇小身躯给无人机和飞行器行业蒙上了巨大的阴影——它们易于识别的精确飞行和悬停动作长期以来一直是人造机翼和其他螺旋桨的灵感来源。然而，尽管蜂鸟影响深远，但人们对鸟类运动的了解大多来自对现实生活和人工环境中飞行活动的观察。

宾夕法尼亚州立大学的研究人员最近对蜂鸟翅膀的肌肉骨骼系统进行了“逆向工程”，大大扩展了这些相对有限的知识，提供了迄今为止有关这种小型鸟类动物运动的一些最佳细节。现在，下一代无人机的设计人员可以获得大量新信息。

为了完善他们的新建模方法，该团队综合利用了现有的解剖学文献、计算流体动力学模拟数据以及通过微型 CT 和 X 射线扫描捕捉到的翅膀运动。然后，他们将这些丰富的信息与所谓的遗传算法（一种基于进化策略的优化程序）相结合，以获得对蜂鸟飞行中最微妙的一些方面的新见解。

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宾夕法尼亚州立大学机械工程学教授 Bo Cheng 在本月初的学校公告中表示：“我们可以模拟蜂鸟翅膀的整个重建运动，然后模拟扑翼产生的所有流动和力，包括作用在机翼上的所有压力。”

他们的新建模系统的主要发现之一是，蜂鸟的主要肌肉（正式名称为“飞行引擎”）不会简单地使翅膀来回拍动。相反，它们实际上会朝三个不同的方向移动翅膀——上下、前后以及扭动或俯仰运动。研究人员将这些动作比作在锻炼以提高敏捷性和稳定性时收紧核心肌肉。

“它们在俯仰和上下方向上收紧机翼，但在前后方向上保持机翼松弛，因此它们的机翼看起来只是在前后拍动，而它们的动力肌肉或飞行发动机实际上是在向三个方向拉动机翼，”程解释说。“这样，机翼在上下运动和扭转运动中都具有很好的灵活性。”

虽然仍需要进行额外的测试验证，但研究团队相信，他们的观察结果有朝一日可以对依赖更精确的蜂鸟仿生学的未来无人机技术进步产生积极影响。