進化論最大BUG,研究蜻蜓飛行,或能使氣動彈性力學獲新突破?

在第三次工業革命之後,人類在原子能,電子電腦以及空間技術等方面都取得了重大的突破,讓人類社會發生了翻天覆地的變化。相比之下,有關 仿生學的研究似乎就 不那麼起眼了。可事實上,仿生學能夠 為人類提供的幫助,往往都是出人意料且令人驚喜的

以蜻蜓為例,科學家們至今未能徹底明白有關 蜻蜓飛行的一系列問題,將其稱之為 進化論中所出現的最大BUG。按照我們傳統的思維影響來看,如果某種昆蟲的翅膀小巧靈活,那它就很難具備長途跋涉的能力,可蜻蜓卻並非如此。

在蜻蜓飛行的時候,不僅能夠 憑藉小巧靈活的翅膀完成各種極高難度的飛行動作,甚至能夠 以微小身軀橫跨太平洋,這是所有昆蟲都無法同時兼顧的。

強悍的飛行能力

那麼為什麼會說蜻蜓是進化論中的最大BUG呢?其實這主要是和蜻蜓 異常強悍的飛行能力有關。很多人在小時候捕捉蜻蜓的時候,或許都會認為蜻蜓的飛行能力何來強悍一說?可這主要是由于人類和蜻蜓根本不是同一個量級, 當我們通過預判蜻蜓的飛行軌跡以及大面積封鎖路徑來捕捉它們的時候,捕捉的難度自然就變得很低。

可如果是進入了蜻蜓的層次,若人類想要 通過追趕來抓住蜻蜓,根本不現實,因為蜻蜓的飛行能力太強了。

舉一個簡單的例子,我們在面對蚊子的時候,很多人都十分的頭疼。如果沒有蚊香和電蚊液等物品的幫助,我們想要 抓住蚊子,必定會浪費很久的時間

可蜻蜓卻不一樣, 當某一隻蚊子被蜻蜓盯上以後,基本就等于是被宣判了死刑。在飛行技巧上面,假如說蜻蜓是飛行宗師的話,蚊子完全就像一個飛行初學者,根本沒有招架之力。而 科學家們之所以會看重蜻蜓的飛行能力,最重要的就在于蜻蜓飛行的靈活程度。

根據資料顯示,世界上 絕大多數昆蟲在飛行的過程中都 無法做到急停以及倒退飛行等動作,可蜻蜓卻不存在這種煩惱。在蜻蜓的眼中,似乎所有的物理現象都會被打破。尤其是在急停這件事情上,所有昆蟲甚至所有飛行生物以及飛行儀器,都會有一個 減速緩衝的過程, 可蜻蜓卻直接說停就停。

在經過大量的研究之後,科學家們終于發現, 蜻蜓之所以能夠做到這一點,主要是由于蜻蜓的四個翅膀都是獨立工作的。這樣一來,蜻蜓對飛行的控制能力就要遠遠強于其他的昆蟲。尤其是和胡蝶來對比的時候,當胡蝶以類似「滑翔」的動作抵達另一個地區時,蜻蜓或許已經轉了許多來回。

顫振

當然了,如果僅僅只是四個翅膀獨立工作的話,科學家們也不會過多的關注。畢竟在現代科學研究之中,想要做到這一點其實也並不困難。只不過在對蜻蜓翅膀仔細研究以後,科學家們還發現了另外一個 解決氣動彈性力學的重點難題—— 顫振

很多人對顫振可能不太理解,其實這指的是 彈性結構在均勻氣體中受到空氣動力,彈性力以及慣性力的耦合作用而導致大幅度的震動。簡單來說,在飛機飛行的過程之中,如果顫振問題得不到解決,那麼 飛機的機翼也同樣會出現大幅度的震動,最終導致整個飛機在空中直接 散架

其實原始的飛機同樣存在這個問題,只不過在那個時候,由于飛機飛行速度並不快,所以人們只需要加強機翼的強度就足以支持飛行,而研究鳥類飛行就完全足以解決這個難題。可到了現如今 飛機飛行速度越來越快,機翼所面臨的顫振現象也越發嚴重。

在這種情況下,如何能夠 在保證機翼安全的情況下提高飛機飛行速度就成了重中之重,繼續通過對鳥類飛行的研究來解決這個問題顯然並不現實。好在正當人類為此發愁的時候,蜻蜓強悍的飛行能力給了人類啟發。科學家們十分疑惑, 蜻蜓究竟是如何在翅膀如此輕薄的前提下還能保證相對高速的飛行移動?

經過不斷的調查研究以後,科學家們終于在蜻蜓翅膀的前緣發現了名叫 「翼眼」加厚區域。這種結構看起來毫不起眼,可恰恰正是因為它的存在,很好地消除了蜻蜓在高速飛行時所面臨的顫振威脅。為此,科學家們開始 嘗試在飛機的機翼上加上類似的結構,終于解決了顫振的難題

機理研究

除了解決有關飛機飛行的問題之外,其實蜻蜓翅膀對顫振的特殊解決方式,還可以運用到其他研究上面。尤其是在氣動彈性力學之中,蜻蜓詭異的飛行所需要克服的難題絕對比人們想象得更加複雜。 假設人類能夠徹底弄清楚蜻蜓飛行的具體過程以及原理,或許就有機會在氣動彈性力學方面取得新的突破。

當我們向某一個平靜的湖泊中投擲石子的時候,石子對湖泊所產生的力會導致湖面出現波紋,而這個波紋其實就是水的振幅。 一旦振幅超過了某一個閾值,那麼其破壞力就會遠超人類想象。只不過由于水自身的「包容性」太強,所以最終導致水面歸于平靜。

可我們 讓單體結構運動的時候, 這種包容性就需要結構自身來承擔。在這樣的情況下,如何能夠 減小顫振對結構穩定性的影響,並 讓結構穩定前行也就成了重中之重。

可能在很多人看來,這種機理研究運用到飛機上以及足夠了。可事實上,當人類在進行 深海探索的時候,其實也會面臨相同的問題。尤其是人類未來需要給 潛水艇或者 輪船繼續 提速的時候, 蜻蜓的翅膀就會再一次成為人類的「啟蒙老師」。

梳狀剔除

除去詭異而強悍的飛行能力之外, 蜻蜓表面還存在超過100億個微小的「梳妝剔除」結構。雖然科學家們目前並不知道這種結構對飛行有什麼説明,但正是這種特殊的結構存在,讓蜻蜓能夠在飛行的過程之中 抖落細菌層級的生物

這一點其實很容易理解,只要仔細小時候捕捉過蜻蜓並留心觀察過的人都知道, 蜻蜓的翅膀永遠都能保持乾淨。即便是故意將蜻蜓弄髒,它也能夠在飛行一圈以後重新變得光鮮亮麗,簡直就是 世界上最頂級的「乾洗機」

這種特殊的結構在飛機的飛行研究上或許不能起到太大的作用,可運用到 微生物剔除篩選時,絕對能夠給人類帶來意想不到的幫助。不僅如此,人類在現如今的仿生學之中所面臨的最大問題就是, 仿生智慧材料極難做到令人滿意的程度,或許在徹底明白蜻蜓翅膀結構以後,這些問題都將迎刃而解

從這幾方面上來說,人們將蜻蜓稱之為進化論的最大BUG絕對有理有據。我們以當前世界上所有的生物進行類比,像蜻蜓這樣擁有特殊結構以及特殊生活習性的昆蟲絕對是極少數。在未來的日子裡, 如果我們人類能夠將這些結構全部弄清楚,人類科技文明必將進入另外一個高度。

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