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一组数学家已经确定了快速拍动飞行的理想机翼形状——这一发现为从水中获取能量以及提高空气速度提供了希望。 最好的机翼形状，如上图所示，可以在机翼的后缘产生强大的涡流，而不受前缘产生的涡流的干扰。这张照片来自一项实验，展示了理想的扑翼飞行形状，机翼前部(红色)和后部(绿色)的流动用荧光染料显示出来。 一组数学家已经确定了快速拍动飞行的理想机翼形状——这一发现为从水中获取能量以及提高空气速度提供了希望。 这项研究发表在《英国皇家学会学报A辑》(Proceedings of The Royal Society A)上，它依靠一种模仿进化生物学的技术来确定哪种结构产生的节奏最好。 “我们可以在实验室里模拟生物进化通过生成人口不同形状的翅膀,让他们实现一些目标的竞争,在这种情况下,速度,然后有最好的翅膀“品种”相关的形状,做得更好,”列夫Ristroph说,纽约大学助理教授报数学科学研究所和文章的资深作者。 在做出这些决定的过程中，研究人员在纽约大学的应用数学实验室进行了一系列实验。在这里，他们创造出了3d打印的翅膀，这些翅膀可以机械地拍动，并相互竞争，获胜者通过进化或遗传算法“繁殖”，创造出更快的翅膀。 为了模拟这一繁殖过程，研究人员开始用10种不同的机翼形状进行实验，并测量了它们的推进速度。然后，该算法选择一对速度最快的翅膀(“父母”)，并结合它们的属性创建更快的“女儿”，然后进行3d打印和测试。他们重复这一过程，产生了15代翅膀，每一代翅膀的产仔速度都比前一代快。 Ristroph解释说:“这种‘最快存活’的过程会自动发现一个最快的水滴状机翼，它能最有效地操纵气流产生推力。”“此外，由于我们在研究中探索了多种形状，我们也能够准确地识别出形状的哪些方面对最快机翼的强劲性能最有影响。” 他们的结果表明，最快的机翼形状有一个刀片薄的后缘，这有助于产生强大的涡流或旋涡流动扑动。机翼在推动液体前进时，会留下这些涡流的痕迹。 Ristroph说:“我们把这项工作看作是对更广泛的复杂工程问题的案例研究和概念验证，特别是那些涉及到流动中的物体的问题，比如简化形状以最小化结构上的阻力。”“例如，我们认为这可以用来优化结构的形状，从而从水波中获取能量。” 这篇论文的其他作者是索菲·拉马纳纳里沃(Sophie Ramananarivo)，她当时是纽约大学的博士后研究员，现在在巴黎理工学院(Ecole Polytechnique)工作;托马斯·米切尔(Thomas Mitchel)，她当时是纽约大学的本科生，现在在约翰·霍普金斯大学(Johns Hopkins University)工作。 |
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