昆虫基于阻力的飞行机制可以改善微型飞行机器人


来源:   时间:2020-08-14 16:34:52


蓟马是长2毫米的微小昆虫,大约只有四根人类头发那么粗。蓟马以其不受欢迎的吞食园林植物的能力而闻名,近来还为微型机器人的设计提供了信息。

昆虫基于阻力的飞行机制可以改善微型飞行机器人

与较大的昆虫,鸟类和飞机不同,蓟马不依靠升力飞行。取而代之的是,微小的昆虫依靠基于阻力的飞行机制,以很大的力与机翼尺寸之比使它们漂浮在气流速度中。当您是一只带有微尺度翅膀的微小昆虫时,风的大小会成比例地增加。

如此微小的尺寸使前涡旋显着消除,因此产生的升力很小。姜永刚(Yonggang Jiang)解释了造成这种情况的原因是雷诺数超低,这是流体(例如空气)中惯性力和粘性力之间的比率。

尽管基于模型的研究已经证实了针对微小昆虫的基于阻力的机制,但模型在生物学上并不忠实。蓟马的机翼可以有从机翼膜上伸出的45至120根似毛的硬毛。

尽管微机电系统的精度不断提高,但是先前的研究冒着不精确的拖曳力计算的风险,因为它们不包括刷毛的长度,角度或数量。

在本周发表于AIP出版的《应用物理杂志》上的一项研究中,研究人员对台式风洞中恒定气流下实际蓟马机翼上的阻力进行了首次测试。江泽民从微细加工和纳米力学的经验中汲取了经验,创建了一个实验,将蓟马的翅膀粘在一个自感应的微悬臂梁上,该悬臂梁使用压敏电阻进行电压测量,从而计算出对翼的阻力。

这项研究量化了机翼的空气动力学特性,仔细检查了刚毛机翼有多少空气泄漏以及气流泄漏如何影响单位面积的阻力。姜说,天然刚毛的设计可能对设计微型飞行或游泳机器人以及流量传感器和气体传感器很有用,因为刚毛结构可以提高灵敏度。

作者计划进一步探索使用微悬臂梁研究蓟马的飞行机理和机翼的运动学,包括迎角,蓟马可以定位其机翼的各种角度,以及如何影响飞行中的阻力。

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