仿蝗虫翅膀设计让滑翔更轻松

本文介绍了一项受蚱蜢滑翔行为启发的仿生飞行研究。蚱蜢在跳跃后常进入无动力滑翔阶段，依靠扇形后翅与空气的相互作用实现水平移动——这种低能耗运动方式为微型机器人设计提供了新思路。研究团队以美洲蚱蜢（Schistocerca americana）为原型，通过测量30只成虫后翅的平面轮廓、微CT扫描分析其褶皱分布和弯度（camber）曲线，发现其翅膀具有沿展向变化的褶皱结构，且在中段附近呈现反弯（reflexed camber）特征。基于此，他们3D打印了三种机翼模型：平翼、褶皱翼和简化弯度翼。风洞实验表明：褶皱翼在小迎角时升阻比最高，但迎角增大后优势迅速减弱；而弯度翼则在宽迎角范围内保持升力与阻力的均衡。进一步将三类机翼装入蚱蜢式滑翔器，用弹射装置从不同角度发射测试，结果显示：弯度翼滑翔器平均飞行距离最远；褶皱翼表现不稳定；平翼则始终飞行最短。放大尺寸的弯度翼滑翔器实测升力系数与阻力系数，与真实成年蚱蜢数据高度接近，验证了其气动效率的生物相似性。该研究首次明确区分了不同翅面特征的气动作用，证实弯度轮廓是提升滑翔性能的关键因素。未来可探索前后翅协同滑翔机制，以进一步优化设计。这类仿生机翼有望用于昆虫尺度的空中机器人，为其飞行过程增加节能滑翔阶段，大幅延长续航时间。