游得最快的昆虫可能会启发人们设计出无人驾驶的船

康奈尔大学(Cornell University)的一项新研究改写了此前对相关物理学的解释，该研究称，世界上游泳最快的昆虫飞虫通过采用快速海洋哺乳动物和水鸟共有的策略实现了惊人的速度。

厘米长的甲虫可以达到每秒100米的峰值加速度和每秒100个身长(或每秒1米)的最高速度。

这些结果不仅解释了whirligig的奥林匹克速度，还为近水面机器人和无人艇的生物灵感设计师提供了宝贵的见解。

到目前为止，研究人员一直认为陀螺通过一种叫做阻力推力的推进系统来获得惊人的速度。

这种类型的推力要求昆虫的腿移动速度超过游泳速度，以使腿产生任何推力。

对于这种旋转甲虫来说，要达到如此快的游泳速度，它的腿需要以不切实际的速度推动水面。

“这很可能受到质疑，”生物和环境工程助理教授克里斯·罗说。

“最快的游泳者和基于阻力的推力通常不会出现在同一个句子中。“

事实上，快速游动的海洋哺乳动物和水鸟倾向于放弃基于阻力的推力，而选择基于升力的推力，这是另一种推进系统。

1月8日发表在该杂志上的一项研究描述了这一发现当代生物学。

使用两台在不同角度同步的高速摄像机，研究人员能够拍摄旋转并观察基于升力的推力机制。

基于升力的推力像螺旋桨一样工作，推力运动垂直于水面，消除了阻力，使更有效的动量能够实现更高的速度。

基于升力的推力此前已在大型生物中发现，如鲸鱼、海豚和海狮。

卢武铉实验室的博士生、论文的第一作者Yukun Sun说:“在这项研究中，我们将长度尺度缩小到了1厘米，这意味着旋背甲虫是迄今为止利用升力游泳的最小生物。”

卢武铉说:“我们希望这能告诉生物机器人和其他工程界，首先要确定正确的物理学，然后在创造机器人时努力保持这种物理学。”

美国海军一直在开发无人艇，因为传统的船只设计受到需要使船只适合船员的限制。

通过取消船员，船只可以更小、更灵活。

Roh认为，whirligigs的小尺寸、类似船的形状和产生升力的推进机制可以很好地为机器人船设计提供信息。

这项研究由美国国家科学基金会资助。

来源: Materials provided by Cornell University. Original written by Krishna Ramanujan, courtesy of the Cornell Chronicle.
注明: Content may be edited for style and length. Related Multimedia: Swimming whirligig beetles Journal Reference: Yukun Sun, Jena Shields, Chris Roh. Whirligig beetle uses lift-based thrust for fastest insect swimming. Current Biology, 2024; 34 (1): R12 DOI: 10.1016/j.cub.2023.11.008