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我們都知道鳥類的飛行能力，主要靠的是一對翅膀。
但其實，它們的羽毛在飛行過程中，也是起到了至關重要的作用。
這也是人們一直在探索，卻困擾良久的問題——無法高度複刻精細的羽毛狀翅膀。
剛剛，斯坦福的研究人員制造了一種半生物鴿子機器人——PigeonBot。
并提出了一些新的研究成果，準确地了解了鳥類如何通過改變翅膀的形狀來維持、控制飛行。
通過研究這種半生物鴿子機器人，他們發現了鳥類在飛行時，關于羽毛的2個秘密：
每當翅膀變動時，由于羽毛基部的彈性締結組織具有順應性，羽毛會被動地重新分布。
為了防止羽毛之間的縫隙太大，相鄰羽毛間具有鈎狀微結構。
研究還同時登上了Science和其子刊Science Robotics(封面)。
通訊作者David Lentink表示：
盡管這一研究需要更多的測試和實驗，但給了航空航天工程師們一些靈感，根據鳥類的飛行，可以跳出研究的正常思維。
東北大學(Northeastern University)教授Alireza Ramezani評價道：
這項研究讓人印象深刻。這标志着未來的無人機設計，可能會遠離固定翼或旋轉翼技術。
是以這就是一個如何神奇的鴿子機器人？
PigeonBot——半生物飛行機器人
為什麼說這個PigeonBot是“半生物”的呢？
這是因為研究人員在制作它時，用了40根鴿子的真羽毛。
也就是說，将飛行機器人和這些真羽毛做了結合。
其重量為280克，翅膀展開長度為80厘米。
鴿子的羽毛通過人造的“彈性韌帶”和“翅膀關節”連接配接。
通過這樣的設計，可以很好的控制翅膀、羽毛的位置。
就可以讓這個鴿子機器人，像真正的鳥類一樣，以很小的半徑進行穩定的轉彎動作。
PigeonBot讓飛行機器人，與真正鳥類的距離更近了一步。
重疊羽毛根部的秘密
正如剛才提到的，這項研究主要的關注點在于鳥類飛行時，羽毛中的奧秘。
為了量化羽毛基部之間的彈性組織，是如何被動地協調飛行運動，從業人員首先對一隻原鴿(Columba livia)做了研究。
△圖1
原鴿在變換不同的滑翔姿勢時，翅膀的骨骼會發生變化，羽毛也會随之産生變化(圖1.A和圖1.B)。
研究發現羽毛是通過近似線性轉移函數重新分布的，這些轉移函數将輸入腕關節的角度映射到每個羽毛的角度(圖1.C和圖1.D)。
斜率代表了羽毛角度對腕角的敏感度，相鄰羽毛之間的斜率差異表明，相鄰羽毛的運動是緊密地耦合在一起(圖1.E和圖1.F)。
當研究人員用手分離2根重疊的羽毛，在飛行時，這兩根羽毛會突然鎖定在一個位置上，這就表明羽毛之間是存在某種微結構。
通過掃描電子顯微鏡和X射線顯微鏡，觀察發現，羽毛之間确實存在明顯的緊固結構。
△圖2：鴿子飛行時，重疊的羽毛通過根部“定向緊固結構”鎖在一起
這種緊固結構不是機率性的，在重疊羽毛之間的根部，有幾十到幾百根“鈎子”緊緊相連。
就好比一種定向尼龍搭扣。
正如Lentink所說：
一旦羽毛分開得太遠，它們之間的這些顯微結構就會把它們鎖在一起，形成一個縫隙。這真的很壯觀。
除此之外，還有一個非常有趣的發現。
有些鳥類在飛行過程中是非常安靜的，就像倉鸮(Tyto alba)，堪稱“無聲飛行者”。
△圖3：不同鳥類之間的對比研究
通過對比鴿子和倉鸮的羽毛，研究人員發現，倉鸮重疊羽毛之間的這種“定向尼龍搭扣”結構是較少的。
分離2根羽毛所産生的聲音就不同。
原文釋出時間：2020-1-17
本文作者：前沿科技
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