设计完美的无人机追随大自然的领导

大自然为复杂问题找到了一些优雅的解决方案，工程师长期以来一直受到其设计的启发但阿德里安·托马斯认为将大自然的最佳发现转化为人造装置需要有能力退后一步，看看背景。

托马斯是英国牛津大学的生物力学教授，他在学术界采取了不寻常的路线。在研究了本科水平的动物学后，他继续为他的博士学习鸟尾的空气动力学，并发表了从实验动物研究到理论流体动力学的各种研究。

他还创办了一家名为Animal Dynamics的初创企业，以充分利用他在生物学与工程学之间的交叉经验。他的公司被英国国防部拨款150万英镑设计了一种模仿蜻蜓飞行方式的微型无人机。该公司还致力于开发鲸鱼式水推进装置和一种带有蜘蛛腿的越野轮椅。

托马斯表示，该公司不是第一个从动物那里借鉴思想的人，但是他们的工作单挑，更深入地关注大自然的解决方案产生的背景。

“大自然有很长一段时间通过进化进行非常强烈的测试，以完善设计，因此他们将完善某些东西，”他说。“那么问题是，我们是否正在为我们感兴趣的问题找到正确的解决方案?”

他说，在所谓的“仿生学”领域，许多工作实际上只是仿生学 - 工程师在自然界中看到了优雅的解决方案并将其复制。但他表示，进化并不一定专注于解决与工程师相同的问题，并且实际上正在优化其设计，以完美平衡所讨论的动物的所有竞争选择压力。

所以托马斯所寻求的是融合进化的证据。这指的是具有完全不同的进化历史的非常不同的动物在同一解决方案上会聚的情况。

他说，最好的例子是游泳的动物都有相同的体形。这意味着设计不是关于成为鲨鱼，鲸鱼或企鹅，而是关于成为一名快速游泳运动员。

但这不是故事的结局。

“你需要深入了解生物学，才能弄清楚动物正在努力克服的选择压力，”他说。“但是你需要从那些能够为他们获得性能的功能提供物理基础的东西。”

这是因为进化不是以空白画布开始的。每一只动物都有各种奇怪和低效的东西，这些都是它祖先的进化历史中的宿醉，并且逐字复制它们的机制意味着也要承担所有这些包袱。

这就是为什么，即使鲸鱼已经进化出与鲨鱼相同的体形和相同的大尾鳍，它们的尾巴也是水平的而不是垂直的。“鲸鱼的祖先过去常常疾驰，所以他们的背部上下而不是左右，”托马斯说。

通过跨越物理学和生物学的各个领域，并使他们的实验室与这些学科的博士生充分平衡，托马斯说他们能够提取必要的物理原理，使这些动物在他们喜欢的任务中表现出色模仿人造系统。

托马斯说，通常，大自然的设计会让人类脱离水中的效率。“我们仍然无法与每加仑英里竞争，”他说。“他们能走得多快，能走多远才能进入现有的能源商店。”

托马斯的“Skeeter”无人机从中获取灵感的Globe Skimmer蜻蜓仅重3克，但在没有喂食的情况下迁移到印度洋。“我们无法做到这一点。但它给了我们一个很好的目标，它告诉我们它在物理上是可能的，“托马斯说。

该团队还试图利用他们的扑翼推进水车“Malolo”来捕捉效率。他们希望这种效率最终能够打破人力驱动的水速记录，但他们也认为可以通过扩大规模来推动水力推进。航运业。

托马斯说，从大自然中借鉴设计的一个很好的副作用是它们往往是引人注目的。

“任何适当生物启发的东西都会变得非常美丽，你可以看到每一个动作都是必要的，”他说。“这一切都精美地调整为与自己和谐相处，这就是美丽的来源。”