下一代飞艇的灵感来自鱼

瑞士联邦材料研究实验室EMPA项目的研究人员之一克里斯塔·乔迪(Christa Jordi)解释说:“我们正在利用流体动力学相似性原理将水中的运动转化为空气。”“我们选择虹鳟鱼是因为它是一种非常普通的鱼。它不是加速或机动性方面的专家。它是一种多面手。”

EMPA的研究项目到目前为止已经完成了一个8米长的“飞鱼”原型，它在空气中移动的方式和鳟鱼在水中的方式一样——身体向一个方向弯曲，同时尾巴向相反的方向移动。

“我们对这个项目采取了试错的方法，”Jordi说。“总是有这样的问题:我们是应该用电脑建模还是直接造出来，我们选择做小规模的测试……我们已经开发了大约4年，现在我们正在努力优化设计。”

“使用活性聚合物意味着你不必使用螺旋桨，这使它几乎静音。”

Christa乔迪,电子探针

瑞士团队设计的版本包括三个刚性的、相互连接的身体部分，分别使用涂有炭黑颗粒的介电活性聚合物(EAPs)进行弯曲。当eap被高压激活时，它们会相互吸引，变得更薄，导致材料压缩。在身体和尾巴的两侧使用eap可以让飞鱼在侧面嗖嗖地移动，也可以前后移动。该团队声称，由于eap直接将电能转化为机械力，而不需要使用电机，它们可以达到高达70%的能源效率。相比之下，传统飞艇的效率为25% - 30%。

效率并不是eap的唯一优势。“大多数飞艇都会发出很多声音，”乔迪说。“一般来说，飞艇越大，螺旋桨转动的速度就越快，到了一定程度，螺旋桨就会失去效率，声音就会变得非常大。使用活性聚合物意味着你不需要使用螺旋桨，这使它几乎静音，这将为监视或动物观察提供应用。”

整个设计由锂聚合物电池提供动力，消耗的能量比相当于活塞发动机的发动机更少。它以每秒半米的缓慢行走速度移动，每次飞行约20分钟。Jordi承认，对于实际应用来说，这个时间还不够长，再加上eap只能持续几个月的事实，要使Airfish成为商业系统，还有很多工作要做。

目前的研究重点是开发一种不同类型的聚合物来取代EAPs，这种聚合物将由硅树脂和银电极组成。研究人员希望这种方法能更持久、更有效。Jordi说:“如果我们能解决这个问题，那么就会有一系列的应用程序从EAPs的使用中受益。”“例如，在生物医学领域，像泵一样的动作可以被证明是有价值的，比如开发人造肌肉。”

尽管EAPs存在局限性，但瑞士研究人员相信，在不久的将来，鱼形飞艇将在我们的天空中飞行。他们并不是唯一受到水下生物启发的人。气动公司Festo推出了一款遥控蝠鲼形状的飞艇，它通过拍打翅膀而不是使用螺旋桨飞行。推进器是由一个伺服驱动控制的上下移动的翅膀提供的，并使用了该公司称为“鳍射线效应”的概念，该概念在施加侧向力时模拟鱼鳍的行为。

Festo的英国市场经理斯蒂芬·桑兹说:“很奇怪的是，如果你在这些结构的中间施加一个力，它就会向你这边弯曲，而不是远离你。”“我们使用这一原理作为鳍射线效应的基本原理，它只是两个灵活的侧翼和一系列连接在它们之间的灵活腹板。”通过在两侧的底部制造一个小的运动，你可以在顶部得到更大的运动放大。”

在空气射线，鳍射线效应是通过一个伺服驱动单元，拉在两个侧面交替。当压力施加在一侧机翼上时，几何结构的曲线与力的方向相反，允许机翼模块上下移动。这个概念也被用在Festo的另一个设计中，该设计的灵感来自水母的运动。“空中果冻”通过一个氦气气球和一个中央电力驱动单元在空中飞行，该驱动单元与一组8个直齿轮相连。

“观察其他飞鱼设计的运动表明，我们仍有很多可能性需要探索。”

Christa乔迪,电子探针

Jordi说:“市面上有很多气动模型和其他执行器概念。“eap目前还没有准备好用于飞艇，但它们很适合用于充气结构，因为它们非常柔软，易于集成。”观察其他设计的飞鱼的运动表明，我们仍有很多可能性需要探索。”

Festo正在伦敦皇家学会的年度科学展览上展示其以鱼为灵感的飞艇。这些设计只是概念，但乔迪和桑兹都相信，开发相关设备的可能性，如人造肌肉，将使鱼成为工程师有价值的灵感来源。

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