扑翼微型机器人利用被动展开-缩回翅膀飞行。图片来源:Hoang-Vu Phan
本报讯 科学家分析了犀金龟如何展开和缩回后翅,发现这是一个被动过程,无须肌肉活动。这一成果或有助于改进飞行微型机器的设计。相关研究近日发表于《自然》。
在所有飞行昆虫中,甲虫的翅膀最为复杂,包括两组翅膀:一对硬化的前翅,称为鞘翅,以及一组精细的膜质后翅。虽然对甲虫折纸式的翅膀已经有了大量研究,但人们仍不甚了解它们如何展开和缩回后翅。过往研究认为胸部肌肉驱动了甲虫的后翅基部运动,但缺乏支持这一理论的实验证据。
瑞士洛桑联邦理工学院的Hoang-Vu Phan和同事结合高速摄像机与动态相似的飞行机器人,探索了这一研究空白。研究人员观察到,犀金龟在展开和缩回翅膀时使用了被动机制,包括其鞘翅。这是一个二阶段过程,在这一过程中,甲虫的后翅会以类似弹簧的方式部分弹出,然后拍打的动作会将后翅上升至飞行位置。他们还发现,甲虫会用鞘翅来被动降低后翅的位置。
受到这些观察结果的启发,研究人员制作了一个模仿甲虫翅膀被动展开与缩回的微型机器人,并成功起飞与飞行。研究结果表明,将甲虫后翅的被动过程转化到机器人的扑翼设计中,有助于提升需在有限或杂乱空间运作的小型机器人的能力。(冯维维)
相关论文信息:
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07755-9
《中国科学报》 (2024-08-14 第2版 国际)