人們通過模仿鳥類的生理結(jié)構(gòu)制造出了各式各樣的飛行器（圖片來源：pixabay）

　　盡管經(jīng)歷過一次又一次的失敗，但最終人們還是在科學(xué)與技術(shù)的幫助下，實現(xiàn)了在天空中自由飛翔的夢想。近百年以來，飛機(jī)設(shè)計與制造的工業(yè)水平在不斷提升，工程師們也一直致力于發(fā)展出更快、更輕盈的飛行器。

　　過去，人們通過仿造鳥類的生理結(jié)構(gòu)，制造出了各式各樣的飛行器，包括發(fā)明了飛機(jī)。飛機(jī)擁有兩側(cè)機(jī)翼，是用來產(chǎn)生升力的主要結(jié)構(gòu)。就像早期飛行器是對鳥類翅膀結(jié)構(gòu)的簡易模仿一樣，對于飛行器的研制一直都離不開仿生學(xué)。如果仔細(xì)觀察鳥類，我們就會發(fā)現(xiàn)它們在漫長的演化過程中，翅膀末端擁有了極度纖薄的羽毛。現(xiàn)在，研究者也試圖模仿這些精致的羽毛結(jié)構(gòu)，尋找出性能最佳的機(jī)翼設(shè)計。

　　得益于技術(shù)的高速發(fā)展，今天的研究人員已經(jīng)能夠制造出和鳥類羽毛薄度近乎一致的機(jī)翼末端。根據(jù)流體力學(xué)的原理，如果機(jī)翼形態(tài)不合適，其前后翼產(chǎn)生的渦流必然會相互疊加，影響機(jī)翼性能。因此如果是在過去，進(jìn)行這些工程測試可能會費(fèi)時費(fèi)力。但是現(xiàn)在，借助計算機(jī)模擬和電腦成像技術(shù)，研究人員很快就能夠選定用于測試的理想機(jī)翼，避免不必要的浪費(fèi)。

3D打印技術(shù)在今天的工程學(xué)領(lǐng)域研究中應(yīng)用廣泛（圖片來源：pixabay）

　　在《皇家學(xué)會會刊A》的一篇研究中，來自紐約大學(xué)的研究團(tuán)隊設(shè)計出了一種性能突出的機(jī)翼。研究人員將這種機(jī)翼稱之為“淚滴形”機(jī)翼。如果從側(cè)面進(jìn)行觀察，我們就會發(fā)現(xiàn)，淚滴形機(jī)翼擁有一種非對稱的前后比例。它的前端如同一個圓面，而后端則是細(xì)長的“尾巴”。正如鳥類的翅膀一樣，淚滴形機(jī)翼在最末的部分也是一層“最薄的羽毛”。不過奇妙的是，這種機(jī)翼看起來就像是一個“淚滴”，或者說更像是“魚鰭”。這種“魚鰭”形態(tài)讓淚滴形機(jī)翼無論是在向前推進(jìn)或是在水面游動方面，都要比傳統(tǒng)的機(jī)翼更加強(qiáng)大。

　　最初，運(yùn)用成熟的3D打印技術(shù)，研究團(tuán)隊先后制作了10種各不相同的機(jī)翼。緊接著在實驗室，研究人員將各種機(jī)翼分組，分別進(jìn)行撲翼測試和水中模擬測試。在整個過程中，測試數(shù)據(jù)全部都會傳輸?shù)綄嶒炇业挠嬎銠C(jī)內(nèi)進(jìn)行進(jìn)一步的演算。經(jīng)過事先設(shè)計的算法模擬，研究人員得到了8種計算機(jī)認(rèn)為更加理想的機(jī)翼形態(tài)。于是，同樣經(jīng)過3D打印，這8種新型機(jī)翼也投入到與之前相同的測試之中。如此不斷迭代，在第14輪測試后，研究人員發(fā)現(xiàn)，其中有一種機(jī)翼形態(tài)一直存在。而從第11輪測試開始，這個機(jī)翼形態(tài)就一直保持著極佳的性能。研究人員因此得到了這個淚滴形機(jī)翼。不過當(dāng)研究人員繼續(xù)進(jìn)行迭代，最終就只是得出當(dāng)前技術(shù)所無法實現(xiàn)的一些超薄型機(jī)翼。

性能更高的機(jī)翼似乎會更加接近魚類的某些特征（圖片來源：pixabay）

　　這項研究不僅給出了一種極致的機(jī)翼形態(tài)，它在研究方法上也給后來者諸多啟示。研究運(yùn)用了模擬成像、3D打印與算法學(xué)習(xí)技術(shù)，既節(jié)省了打造機(jī)翼的時間，又能高效率地進(jìn)行實驗測試。同時，實驗過程中流體力學(xué)理論與實際測試的結(jié)果互為補(bǔ)充，形成一個不斷迭代、生成最佳結(jié)果的流程。

　　從仿生學(xué)的角度，實驗結(jié)果完美地印證了鳥類雙翼結(jié)構(gòu)的精妙之處。今天人們依然可以從生物演化的規(guī)律上找到可以加以利用和模仿的形態(tài)特征。同時，這個結(jié)果似乎也在暗示，性能更高的機(jī)翼會更加接近于魚類的某些特征。當(dāng)然，這其中的關(guān)系與緣由還有待今后進(jìn)一步的研究。



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