蜻蜓為何是飛行界的王牌?詭異的飛行,科學家研究多年依然頭痛

人類從征服大地到征服天空走過了上千年的歷程,從遠古部落崇拜的神到近代第1架飛機成功起飛,人類從未放棄過對飛行自由的向往。

可能在整個進化過程中,人類最后悔的抉擇就是放棄了對翅膀的進化。

而如今,想要重新插上翅膀,飛上藍天,一切都要向大自然的有翅生物學習。但后天學習的成果顯然不及飛行生物天生技能的1/10。

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飛行原理的學習——人類對飛行生物的偷師學藝

人類學會了蝙蝠的回聲定位原理,發明了雷達探測器。學會鳥類飛行的浮力動力原理,發明了飛機等等各種現代機械。

從萊特兄弟的雙翼飛機到超級波音寬體機,再到21世紀的無人機,隨著近現代工業的急速發展,人類已經不滿足于傳統機械的發明制造,仿生學逐漸成為一項重大的科技突破途徑。

仿生學是上世紀60年代由美國科學家提出的一種科學術語,它主要是將人類的工業技術與生物學技術結合,建造出更符合大自然規律的工業產品和建筑藝術。

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人們從其他生物身上學習那些鬼斧神工的特長,然后發明創造,為人類的生活帶來便利。但是人類目前還無法做到像其他生物那樣自由自在地掌控飛翔技能和自己的“翅膀”。

大自然中可以飛行的生物有很多種,除了常見的飛禽類,還有許多昆蟲也十分擅長飛行。

它們不同于飛禽那樣龐大,身材特質的優勢使得它們在飛行特技界擁有穩固的一席之地。

也因為身材的便利,它們飛行的方式千奇百怪,令科學家們為之瘋狂,在探索昆翅振動的科學道路上泥足深陷,比如對蜻蜓的研究。

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飛行特技王者——顏值與技術并存的蜻蜓

蜻蜓是大自然中十分常見的一種生物,它是無脊椎食肉昆蟲,主要捕食蚊蟲,蒼蠅等。對于人類來說,蜻蜓是一種益蟲。

蜻蜓屬于差翅亞目昆蟲,翅膀上分布有半透明網狀翅脈,屬于膜質翅,前后兩對翅膀幾乎等長,并且普遍細窄。

蜻蜓的翅膀震動頻率達到每秒鐘十幾次,蜻蜓能在很小的推力下快速起飛翱翔,飛行中可以隨時且任意改變方向,這讓科學家不禁為之好奇,是什么樣的飛行動力導致蜻蜓在空中如此靈巧?

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研究發現,蜻蜓飛行主要是由于翅膀的震動產生渦流而抬升軀體。

如果說飛行靈巧的秘訣是因為翅膀震動的頻率很高的話,那么蜂鳥的震動頻率為每秒鐘50次,它應該是飛行界當之無愧的王者。

但是蜂鳥的飛行方式又與蜻蜓完全不相同,翅膀的震動頻率與飛行技能縱然息息相關,但是想要成為真正頂尖的飛行王者,還有許多其他技能需要掌握。

現在,至少科學家們可以肯定,要想在空中更自由地靈活掌控方向,首先要增強翅膀振動的頻率。

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但這似乎并不是決定因素,因為科學家還發現許多關于蜻蜓飛行的細節,這些細節不斷地刷新著科學家對于飛行的認知。

但想要完全掌握這些技巧,還需要花更多的時間進行學習和模擬。

科學家發現,蜻蜓的翅膀特別輕薄,幾乎已經達到半透明狀態,這十分符合對于飛行浮力的要求——輕便。

但是這么薄的翅膀要如何穿過大自然的暴風驟雨呢?在翅膀強烈的振動頻率下不會發生斷裂的危險嗎?

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有些蜻蜓的翅膀比例甚至已經超過了整個身體的長度,科學家們有些擔心,蜻蜓托著這么巨大且輕薄的翅膀,是如何在水面輕點一下而不沾濕身體的?

又是如何除去翅膀上堆積的微塵?

事實上仔細觀察就會發現,蜻蜓的翅膀是呈網狀結構的,準確來說是柱狀結構,翅膀的脈序呈不規則狀遍布整翅,主脈由四邊形網絡構成,次脈由五邊形和六邊形網絡構成。

這種柱狀結構增強了翅膀的韌性,使翅膀在風中更穩健,牢固。

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并且這些微小的柱狀結構突起在翅的表面,起到了類似絨毛的作用。

大自然的生物不像人類學會了用搓澡的方式凈化身體,動植物界不存在洗澡一說,但是它們同樣有自己獨特的方式去凈化自身,比如有些動物會用自己的唾液凈化身體。

而對于許多昆蟲來說,尤其是飛行類羽翅昆蟲,大自然的露水對它們的身體是致命的,它們無法依靠水源凈化自身,但是它們的身上卻潔凈得出奇,這是為什么呢?

像蜻蜓這樣的昆蟲,翅膀上的柱狀結構網絡使水珠和塵埃都難以附著在蜻蜓翅膀表面,所以蜻蜓的翅膀十分潔凈,沒有了塵埃阻力,飛起來也更加輕巧,靈活。

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人類尚未超越的技能——天賜的生物特技

蜻蜓能夠飛得如此任意自在,柱狀結構的翅膀還不是最關鍵的所在。

科學家發現,所有蜻蜓的翅尖上都有一個顏色較重的點,這個點看起來像是一顆顯眼的痣,科學家將其命名為“翼眼”。

這個翼眼有什么作用呢?科學家在實驗中將蜻蜓的翼眼去掉,手術后的蜻蜓仿佛喝醉一般,飛得十分不平穩,東倒西歪。

科學家仿照翼眼的特點,在飛機兩端各加一塊平衡重錘,這樣就大大增強了飛機機翼的抗震性,防止機翼因劇烈震動而斷裂。原來蜻蜓的翼眼是用來平衡和減震的。

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大自然中不止是蜻蜓可以在飛行中平衡減震,許多昆蟲都有這項技能。

我們有時會在生活中看到巨大的昆蟲飛在空中,但是它沒有動,也不前進或者后退,而是仿佛靜止一般停在空中,這種現象的另一個霸氣的名字被稱之為“懸停”。

人類已經通過仿生學會許多生物技能,但是像懸停這種自然奇觀,我們至今仍然無法模仿和超越。

蜻蜓除了懸停這個功能,它能夠靈活飛行的另一個強大特征就是:它的每個翅膀都是由不同的肌肉控制震動的。

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這是個什么功能呢?舉個例子,當后翅轉速比前翅快1/4周期的時候,懸?,F象就發生了。

如果后翅震動時比前翅高90度,就可以高速飛行,是人類肉眼可見的那種高速。再如,當所有翅膀突然同步時,就可以來一個迅捷的180度急轉彎。

諸如此類,四個翅膀可以排列出256種運動方式,而256種方式又產生不同的飛行特技,因此蜻蜓能摘得昆蟲界特技之王的桂冠絕對實至名歸!

人類學家目前還未能完全透徹地研究完整蜻蜓的飛行原理。

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大自然對世間生物自有它鬼斧神工的安排,這萬千奧秘是學而無盡的,人類想要征服自然還有漫漫長路要走,地球轉動上億年,而人類只有匆匆幾載光陰存在,生命有盡時,時間無涯矣。


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