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研究翼龙——有史以来最大的飞行动物——以更好地设计人造飞行

研究翼龙——有史以来最大的飞行动物——以更好地设计人造飞行

翼龙是有史以来最大的飞行动物。它们在空中翱翔了1亿6千万年,比任何现代鸟类都要长得多。尽管他们的航空技术卓越,这些古代飞行员在追求生物灵感飞行技术的过程中很大程度上被忽视了。4月15日发表在《生态学与进化论趋势》杂志上的一篇综述中,研究人员概述了化石飞行者的生理机能为何以及如何为现代飞行问题提供古老的解决方案,比如空中稳定性和无人机的自我发射能力。

在化石记录中有很多很酷的东西没有被发掘出来,因为工程师们在考虑飞行的灵感时,通常不会考虑古生物学。第一作者Liz Martin-Silverstone (@gimpasaura)说,她是布里斯托尔大学的博士后研究员和古生物学家。如果我们只是从现代动物身上寻找灵感,那我们就真的错过了大量的形态学知识,而且忽略了很多我认为可能有用的选择。

以前,工程师们在设计无人机和飞机等航空技术时,主要关注现代鸟类和昆虫的生理机能;他们可能不会想到去检查那些从本质上来说不完整的化石。然而,马丁-西尔弗斯通说,有一些经过挑选的翼龙化石,它们对翅膀的解剖结构提供了非常深刻的见解,这对了解它们的飞行能力至关重要。

有两三个保存完好的翼龙化石,它们让你看到了翼膜的不同层次,让我们深入了解了翼龙的纤维成分。此外,有些化石保存得足够完好,可以显示出髋骨下的翼部附着物。她说。虽然你不知道机翼的确切形状,但通过了解薄膜附件,你可以模拟不同机翼形状的有效性,并确定在自然条件下哪种形状的机翼表现最好。通过分析这些古代生物的形态和预测它们的飞行力学,揭示了现代飞行器所不存在的新战术。

在空中飞行就是一个例子。通过跳跃发射到空中,也被称为弹道发射,是整个动物王国的标准。然而,较大的鸟需要一个跑步开始获得足够的动力起飞。另一方面,翼龙可能已经发展了一种从静止位置发射的方法,尽管有些标本重达近300公斤。审查提出的一个假设,作者迈克Habib恐龙研究所的(@aeroevo)在洛杉矶县自然历史博物馆,表明翼膜和健壮的肌肉附件的翅膀让翼龙生成高性能的飞跃了他们的手肘和手腕,给他们足够的高度,成为空中。

今天,像无人机这样的东西需要一个平坦的表面来发射,而且它实际上是如何进入空中的受到很大的限制。翼龙独特的发射生理学也许能帮助解决其中的一些问题。Martin-Silverstone说。

翼龙还能提供如何防止飞行不稳定的洞见。翼龙进化出的策略与帆在强风中如何变得不稳定相反,它们能抵抗宽翼的抖动。到目前为止,我们一直在努力设计出能够抵抗飞行压力的飞行服之类的东西。如果我们能了解翼龙是如何做到这一点的,比如通过了解翼龙的翼膜实际上是如何构成的,那么我们就能利用翼龙的翼膜来回答现代工程问题。她说。

这些独特的生理成分也不仅限于翼龙。其他古代的飞禽,如小盗龙,四肢都长有羽毛的翅膀,而新发现的恐龙“一奇”,翅膀上的羽毛与一种类似蝙蝠的膜结合在一起,这种身体构造自从它们灭绝后就再也没有重复过。因此,作者说,许多飞行策略仍有待适当探索。

马丁-西尔弗斯通认为,如果我们把现存的和已经灭绝的飞行员的知识结合起来,我们将有更好的机会克服仍然阻碍人造飞行的障碍。她说:“我们希望生物学家和工程师在寻找解决飞行问题的方法时能与古生物学家取得联系,因为可能有一些已经灭绝的物种会有所帮助。”如果我们只关注现代动物,那么我们就会错过很多可能有用的多样性。

参考文献:脊椎动物化石:潜在的受生物启发的飞行技术作者:Elizabeth Martin-Silverstone, Michael B. Habib和David W. E. Hone, 2020年4月14日,生态学和进化趋势。

DOI: 10.1016 / j.tree.2020.03.005

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