来自加州大学伯克利分校、佐治亚理工学院和韩国亚洲大学的合作研究团队发现,水黾独特的扇形螺旋桨可像画笔一样被动地开合,速度比眨眼快十倍。受此启发,该团队开发了一种昆虫级机器人,其内置可自我变形的风扇,能够模仿水黾的敏捷动作。
Rhagovelia水黾在水黾中独树一帜,因其推进腿上的特殊扇形结构,使毫米级大小的半水生昆虫能够快速转弯并实现爆发性速度。
加州大学伯克利分校的综合生物学家Victor Ortega-Jimenez表示,他首次在疫情期间观察到水黾时被其动作吸引。他花费五年多的时间研究后发现,水黾能在湍急水流表面快速移动,其扇形结构几乎瞬间被动膨胀,这种现象出乎意料。
此前认为这些扇形结构完全由肌肉运动驱动,但研究发现其可利用表面张力和弹力被动变形,无需依赖肌肉能量。该研究成果发表在期刊《Science》上。
这种腿部收回时可折叠、推进时具刚性的特性,使水黾能在50毫秒内完成急转弯,并以每秒120个体长的速度移动,与苍蝇的空中机动能力相当。
Ortega-Jimenez于2020年将该项目和初步观察结果提交给佐治亚理工学院的Saad Bhamla博士。Bhamla指出,该研究体现了跨学科合作的重要性,团队融合了实验生物学、流体物理学和工程设计。
研究挑战在于如何设计微观结构以实现类似水黾的风扇功能。韩国亚洲大学的Dongjin Kim博士和Je-Sung教授使用扫描电子显微镜捕捉到风扇高分辨率图像,最终揭示其结构奥秘。
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