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约翰霍普金斯大学的工程师正在使用高速摄像机研究蝴蝶以更好地了解他们的飞行动态在美国国防机构的资助下,研究人员希望利用这些知识创造出能够模仿蝴蝶空中机动和携带的微型飞行器

侦察,搜索和救援以及环境监测任务为了改进下一代昆虫大小的飞行机器,约翰霍普金斯大学的工程师们一直在瞄准地球上一些最漂亮的虫子的高速摄像机

弄清楚蝴蝶是如何飞舞的在具有惊人优雅和敏捷性的花卉中,研究人员希望帮助小型机载机器人模仿这些动作美国国防机构已经资助了这项研究,正在支持开发大小错误的传单,以进行侦察,搜索和救援以及环境保护

监控任务而不会危及生命危险这些设备通常被称为微型飞行器或MAV “特别是军事任务,这些MAV必须能够在复杂的城市环境中成功飞行,那里可能有狭小的空间和汹涌的阵风

”怀特学院工程学院的Tiras Lin说道,速度视频研究“这些飞行机器人需要能够快速转向但是MAV缺乏的一个领域是可操作性”为了解决这个缺点,Lin一直在研究蝴蝶“飞虫能够进行各种各样的飞行动作, “他说”在设计MAV时,我们可以从飞虫中学到很多东西“蝴蝶研究将有助于飞行大小机器人的发展图为哈佛大学正在开发的昆虫式扑翼微型飞行器照片由罗伯特提供副教授J Wood和哈佛大学哈佛微机器人实验室的Pratheev Sreetharan Lin的研究由Rajat Mittal教授监督机械工程“这项研究非常重要,因为它不仅试图解决与MAV的生物启发设计相关的问题,而且还探讨了与飞虫的限制和能力相关的生物学基本问题,”米塔尔说要进行这项研究林一直在使用高速视频来观察与飞虫的机翼扑动和身体变形相关的质量分布变化如何帮助它快速空中曲折Lin,一名来自加利福尼亚州圣拉斐尔的初级机械工程专业人员最近在美国物理学会流体动力学系年会上发表了他的一些研究结果

该学生还在美国航空航天研究所的区域会议上获得了这项研究的二等奖

旋转得更快,他们的手臂靠近他们的身体,当他们想要减速时伸出双臂,“林说:”这些位置它改变了滑冰运动员质量的空间分布并改变了他们的惯性矩;这反过来影响了滑冰者身体的旋转昆虫可能能够用它的身体和翅膀做同样的事情“蝴蝶移动得太快,以至于没有人能用肉眼清楚地看到这些侧翼战术,所以林,与研究生一起工作Lingxiao Zheng,使用高速,高分辨率的视频测量技术来数学记录彩绘女士蝴蝶的轨迹和身体构造

他们用三个能够每秒记录3,000个百万像素图像的摄像机实现了这一目标(相比之下,标准摄像机拍摄)每秒24,30或60帧)约翰霍普金斯大学的研究人员将他们的摄像机固定在固定位置,并将它们聚焦在干透明水族箱内的一个小区域内

每次分析,当一只蝴蝶转向焦点时,几只蝴蝶被释放到水箱内

林区开启摄像机大约两秒钟,收集了大约6,000个昆虫飞行机动的三维视图从这些框架中,学生通常在大约五分之一秒的飞行中回家,在600帧中拍摄“蝴蝶每秒拍动翅膀大约25次”,林说:“这就是为什么我们不得不拍这么多照片”三台摄像机的安排使研究人员能够捕捉三维数据,并以细微的细节分析昆虫的翅膀和身体的运动

这导致了一个关键的发现 早期发表的研究指出,与虫体相比,昆虫的精致翅膀质量非常小

结果,这些学者得出结论,在分析昆虫的飞行机动性时,不需要考虑与机翼拍打相关的质量空间分布的变化

和稳定性“我们发现这种普遍接受的假设是无效的,至少对于像蝴蝶这样的昆虫来说,”林说:“我们了解到惯性矩的变化,这是一种与质量分布相关的属性,在昆虫飞行,就像滑冰运动员和潜水员的手臂和腿部运动一样“他说这一发现应该由MAV设计师考虑,对于研究昆虫飞行动力学的生物学家可能有用Lin的最新项目涉及更小的虫子在约翰霍普金斯大学的支持下普罗沃斯特的本科研究奖,他已开始将他的摄像机瞄准果蝇,希望能解开这个谜团昆虫飞行动力学研究由美国空军科学研究办公室和国家科学基金会资助来源:约翰霍普金斯大学图片:约翰霍普金斯大学

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