十三 发自 凹非寺
量子位 报导 | 大众号 QbitAI
咱们都知道鸟类的飞翔才能，首要靠的是一对翅膀。
但其实，它们的茸毛在飞翔过程中，也是起到了至关重要的效果。
这也是人们一直在探究，却困扰好久的问题——无法高度复刻精密的茸毛状翅膀。
刚刚，斯坦福的研讨人员制作了一种半生物鸽子机器人——PigeonBot。
并提出了一些新的研讨成果，精确地了解了鸟类怎么经过改动翅膀的形状来保持、操控飞翔。
经过研讨这种半生物鸽子机器人，他们发现了鸟类在飞翔时，关于茸毛的2个隐秘：
每逢翅膀改变时，由于茸毛基部的弹性订立安排具有顺应性，茸毛会被动地从头散布。
为防止茸毛之间的缝隙太大，相邻茸毛间具有钩状微结构。
研讨还一同登上了Science和其子刊Science Robotics(封面)。
通讯作者David Lentink标明：
虽然这一研讨需求更多的测验和试验，但给了航空航天工程师们一些构思，依据鸟类的飞翔，能够跳出研讨的惯例思想。
东北大学(Northeastern University)教授Alireza Ramezani点评道：
这项研讨让人形象深入。这标志着未来的无人机规划，可能会远离固定翼或旋转翼技能。
所以这便是一个怎么奇特的鸽子机器人？
PigeonBot——半生物飞翔机器人
为什么说这个PigeonBot是“半生物”的呢？
这是由于研讨人员在制作它时，用了40根鸽子的真茸毛。
也便是说，将飞翔机器人和这些真茸毛做了结合。
其分量为280克，翅膀打开长度为80厘米。
鸽子的茸毛经过人工的“弹性韧带”和“翅膀关节”衔接。
经过这样的规划，能够很好的操控翅膀、茸毛的方位。
就能够让这个鸽子机器人，像真实的鸟类相同，以很小的半径进行安稳的转弯动作。
PigeonBot让飞翔机器人，与真实鸟类的间隔更近了一步。
堆叠茸毛根部的隐秘
正如方才说到的，这项研讨首要的重视点在于鸟类飞翔时，茸毛中的奥妙。
为了量化茸毛基部之间的弹性安排，是怎么被动地和谐飞翔运动，工作人员首要对一只原鸽(Columba livia)做了研讨。
△图1
原鸽在改换不同的滑翔姿态时，翅膀的骨骼会发作显着的改变，茸毛也会随之发生改变(图1.A和图1.B)。
研讨发现茸毛是经过近似线性搬运函数从头散布的，这些搬运函数将输入腕关节的视点映射到每个茸毛的视点(图1.C和图1.D)。
斜率代表了茸毛视点对腕角的敏感度，相邻茸毛之间的斜率差异标明，相邻茸毛的运动是严密地耦合在一同(图1.E和图1.F)。
当研讨人员用手别离2根堆叠的茸毛，在飞翔时，这两根茸毛会忽然锁定在一个方位上，这就标明茸毛之间是存在某种微结构。
经过扫描电子显微镜和X射线显微镜，调查发现，茸毛之间的确存在显着的紧固结构。
△图2：鸽子飞翔时，堆叠的茸毛经过根部“定向紧固结构”锁在一同
这种紧固结构不是概率性的，在堆叠茸毛之间的根部，有几十到几百根“钩子”紧紧相连。
就比如一种定向尼龙搭扣。
正如Lentink所说：
一旦茸毛分开得太远，它们之间的这些显微结构就会把它们锁在一同，构成一个缝隙。这真的很壮丽。
除此之外，还有一个十分风趣的发现。
有些鸟类在飞翔过程中是十分安静的，就像仓鸮(Tyto alba)，可谓“无声飞翔者”。
△图3：不同鸟类之间的比照研讨
经过比照鸽子和仓鸮的茸毛，研讨人员发现，仓鸮堆叠茸毛之间的这种“定向尼龙搭扣”结构是较少的。
别离2根茸毛所发生的声响就不同。
作者介绍
△Laura Y. Matloff
Laura Y. Matloff，2013年取得MIT理学学士学位，机械工程专业；2016年取得斯坦福理学硕士学位，机械工程专业。
首要重视以鸟类为构思的变形翼机器人的项目规划和制作。
△Eric Chang
Eric Chang，斯坦福大学机械工程系在读博士生。
2015年取得亚利桑那州立大学理学学士学位，机械工程专业；2017年取得斯坦福大学理学硕士学位，机械工程专业。
△Lindsie Jeffries
Lindsie Jeffries，2017年取得亚利桑那州立大学理学学士学位，生物医学工程专业。
最终，这项酷酷的研讨也引发了一些评论。
有人觉得从生物学中寻觅穿插构思很有构思，也有人主意斗胆，觉得未来能够规划出“人工翅膀”。
不知道你想到了什么？
传送门
Science：
https://science.sciencemag.org/content/367/6475/293/tab-pdf
Science Robotics：
https://robotics.sciencemag.org/content/5/38/eaay1246
IEEE Spectrum：
https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/drones/pigeonbot-uses-real-feathers-to-explore-how-birds-fly
