扭曲的翅膀让沙漠蝗虫飞的更“高”

导读：沙漠蝗虫(Schistocerca gregaria)的翅膀覆盖着褶皱和纹理，并且在拍打时会扭曲和变形。正是这些特征使得沙漠蝗虫成为一个高效的飞行者，尽管它们的速度并不快。

生物学家和工程师早就知道昆虫的翅膀要比扁平、刚性的飞盘复杂得多。然而为了使运算简单化，他们在建立大多数的昆虫飞行模型时，仍将它们的翅膀按照后者的方式进行处理。虽然简化了运算，但却缺少了对昆虫翅膀实际运动状况的详细描述。

为了研制一个更好的模型，研究人员曾提出了一种新的方法，从而能够在飞行过程中捕捉昆虫翅膀变化的细节。在该研究中，一只沙漠蝗虫的周围架着4部高速摄像机，用来记录昆虫拍打翅膀的过程。在每次拍打的过程中，每部摄像机对标记在蝗虫翅膀上的100多个点进行了追踪。研究人员随后利用这些点的运动数据生成了一个蝗虫的三维计算机模型。用虚拟昆虫进行的模拟结果非常接近真蝗虫翅膀的空气流动和力学实验室数据。

利用烟的痕迹展示沙漠蝗虫扭曲翅膀周围的空气流动

利用这个有效的模型，研究人员开始逐步抹去蝗虫翅膀上的相关特征。在一项模拟实验中，他们消除了虚拟翅膀上的褶皱和翘曲――从翅膀前端到后面的曲线。在另一项模拟实验中，研究人员除去了虚拟翅膀拍打时产生的扭曲，从而使翅膀变得平滑和刚性。结果显示，相比活体蝗虫，这两个模型无疑是低效的飞行者――与拱形的翅膀相比，活体昆虫弯曲而扭结的翅膀能够有效地提供10%的额外升力，并且它们比扁平且刚性的模型增加了50%的功效。

研究人员解释说：在翅膀没有扭结的模型中，气流沿翅膀分开后形成的旋涡产生了摩擦力。而活体蝗虫通过保持翅膀与气流之间的角度不变避免了这些旋涡的形成。研究人员指出，对于沙漠蝗虫来说，通过使摩擦力最小化来保存能量无疑是至关重要的，要知道这些昆虫有时甚至需要一次飞行300公里的距离――这远远超出了用电池提供动力的微型直升飞机的续航能力。

瞥一眼我们的飞机机翼：螺栓和铆钉与机翼表面齐平，整体结构极致顺滑。与沙漠蝗虫的扭曲翅膀相比，真的是大相径庭啊。设想一下如果我们的飞机设计师能借鉴沙漠蝗虫的飞行经验设计飞机，人类应该可以飞的更“高”吧！　

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