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蜻蜓不进食能飞越印度洋,无人机为何做不到?

subtitle 网易智能08-04 07:00 跟贴 845 条

  【网易智能讯 8月4日消息】大自然总是为复杂的问题提供一些“优雅”的解决方案,工程师们长期以来一直在受到这些“天然方案”的启发。但阿德里安·托马斯(AdrianThomas)认为,将自然界中最好的发现转化为人造设备需要人们退后一步考虑,仔细审视一下研究的背景。

  从动物身上获取灵感

  托马斯是英国牛津大学的生物力学教授,他在学术上选择了走与众不同的道路。在本科阶段学习动物学之后,他继续研究鸟尾的空气动力学进行博士学位的学习,他发表的研究成果囊括了很多领域,包括实验型动物研究和理论流体动力学。

  他还创立了一家名为AnimalDynamics的初创公司,以利用他在生物和工程学交叉领域取得的成果。他的公司获得英国国防部给予的150万英镑资助,去设计一种微型无人机,这种无人机模仿了蜻蜓飞行的方式。据悉,该公司还从鲸类身上得到灵感,进行水上推进装置的研究,并制造了一架具有像蜘蛛腿支架的越野轮椅。

  托马斯说,他的公司并不是第一个从动物身上获取灵感的公司,但他们研究的独特之处在于他们非常关注自然界中产生这些精妙设计的背景。他说:“自然设计是个非常漫长的过程,经过了非常严格的测试,最终使设计变得完美。问题是,我们是否正在为一个我们感兴趣的问题寻找正确的解决方案?

  他说,所谓的“仿生学”领域的许多工作实际上只是在“仿生”——工程师们在自然界中看到了一些精妙的设计方案,并将其复制了下来。但他说进化过程要解决的并不是工程师们关注的问题,而是要为了解决动物们面对的所有迫在眉睫的竞争和压力,而不断完善这些动物的构造。

  因此,托马斯探寻的是趋同进化的证据。这指的是那些有着完全不同的进化历史的动物在某些方面逐渐趋同的情况。他说最好的例子是所有游泳的动物都有相同的体型。这意味着自然的设计不是要使动物们成为鲨鱼、鲸鱼或企鹅,而是要使他们成为游泳健将。

  但这并不是故事的结局。

  托马斯说:“你需要对生物学有深入的了解,才能弄清楚动物们面对的进化压力。但是,你需要从这些表面现象中抽象概括出给予它们克服这些压力的基础构造。”

  这是因为进化不是从一片空白开始的。每一种动物都具有各种各样奇怪和没有用的身体部件,它们从其祖先那里遗传到了这些东西,而完全复制他们的身体机能意味着将会把这些“累赘”也一并复制。

  这就是为什么,尽管鲸鱼进化出了和鲨鱼一样的体型和同样的大鳍,但它们的尾巴是水平的,而不是垂直的。托马斯说:“鲸鱼的祖先过去常常需要奔跑,所以他们的尾部是需要上下起伏,而不是左右摆动。”

  托马斯说,作为物理学和生物学的交叉学科,他的实验室在人员构成上十分均衡,研究人员可以从这些动物某一方面的出色表现中总结出基本的物理原理,这些原理帮助他们制造人造机器。

  托马斯说,大自然让人类最终离开海洋,这是明智的。他说:“我们目前仍然无法解决的是能量消耗问题——动物们在有限的能量储备下能够跑多远,跑多快?”

  一种被人们称为“世界飞行器”的蜻蜓是托马斯的Skeeter无人机获得灵感的对象。这种蜻蜓只有3克重,但可以在不进食的情况下飞渡过印度洋。“我们还远远无法做到这一点。但它给了我们设立了一个很好的研究目标,它告诉我们,这样的事情在物理上是可能的,”托马斯说。

  该团队还试图用他们的扑翼推进动力型水车Malolo提高效率。他们希望最终能打破人造设备水上前进速度的记录;他们还认为,这一研究可以被扩展,以变革整个船舶业。

  托马斯说,借用大自然设计的具有积极性的“副作用”使这些研究引人注目。他说:“任何一种受到自然界生物启发的设备都非常惊艳,因为人们可以看到,这些设备进行的每个一动作都不是多余的。所有来自于大自然的设计都与生物完美地融合在一起,这就是美的源泉。

  【英文来源:SingularityHub 编译:网易见外智能编译平台 审校:Ecale】

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