从诊断癌症的鸽子,到嗅探炸弹的狗狗,最奇特的那些科学实验给我们带来了最有趣的洞见。

最近,研究人员又把一幅很小的护目镜戴在一只鹦鹉头上,希望通过了解鸟类挥动翅膀产生升力时形成的空气涡流,更多地去了解飞行的奥秘。

这对打造更出色的无人机十分重要。目前,已有非常成熟的模型可以解释飞行原理以及鸟类如何支撑自身重量,斯坦福大学的一支研究团队正对这些模型进行测试。他们的方法是——让一只名叫Obi的鹦鹉从铺着微粒的激光片上飞过。

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“我们自己永远不会这么干,绝不会在没有任何保护的情况下从激光片上走过。所以,我们必须想办法保护那只鸟,”斯坦福大学机械工程助理教授大卫·伦丁克(David Lentink)说。

鹦鹉Obi的革命性飞行实验在伦丁克的实验室里进行。研究生埃里克·古铁雷斯(Eric Gutierrez)制作了那副抢眼的护目镜,以使Obi的眼睛免受炫目激光的伤害。

通过此举,该研究团队还推动了飞行工程一个领域的发展,他们希望可以借此实验催生更加强大的飞行机器人。

“鸟类挥动翅膀时,就会使那些微粒动起来,”研究生戴安娜·陈(Diana Chin)说,“在这个平面上,我们可以看到微粒如何运动,然后计算流速场。根据流速场,我们应该能够从理论上计算出那只鸟在飞行中产生的升力。”

Obi从激光片上飞过时,它的翅膀会搅动那些被照亮的微粒,形成可见的涡流图像,供研究人员记录。这项实验结果显示,涡流会破碎,而非像飞机留下的雾化尾迹那样,在空中凝而不散。

“飞机产生的涡流要在飞机飞远后才会破碎,比如1000多米。而鸟类产生的涡流在振翅两三下的时间内,就会在距离鸟类非常近的地方破碎,并且这个过程要剧烈得多。”伦丁克说。

实验结果提供了空前明晰的涡流图像,与当今飞行机器人所依据的传统模型相悖。“我们发现,我们测试的所有三个模型都非常不准确,因为它们的前提假设未必是正确的。”戴安娜说。

“看看动物飞行的典型图片,我们往往以为那些动物在飞行过程中会产生优美平滑的涡流,但实际情况要复杂得多,”伦丁克说,“这对我们来说是个出发点,现在我们可以开始真正弄清楚动物是怎样飞行的。”

“为了更好地设计机器人的翅膀,很多人着眼于对动物飞行的研究结果。现在,我们的实验表明,人们采用的设计方法并不像大家希望的那样可靠。我们需要新的研究、新的方法来大幅提高设计过程的可靠性。”

当然,要是没有古铁雷斯制作的那副小护目镜,这项实验就不可能进行,或者就算进行,研究人员也会因为担心鹦鹉受到的伤害而无法安心工作。

鹦鹉佩戴的镜片由人类激光护目镜的镜片切割而成,镜框通过3D打印技术制作。这幅护目镜利用兽医带安全地固定在Obi头上,并附有反光条,好让研究人员更准确地测量Obi的飞行速度。

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