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科学家建立二维模型揭飞蛇滑行之谜

2019-03-10 23:40:08

科学家建立二维模型揭飞蛇滑行之谜

凤凰科技讯 北京时间11月11日消息国外媒体报道,自1996年起美国弗吉尼亚理工学院工程科学和力学教授杰克·索察(Jake Socha)就开始研究飞蛇,但到目前为止他仍不知道这背后的原理。然而,的3D打印技术和利用图形编程单元(GPUs)的高性能计算机仿真,使得一切都受到超级电脑的控制。

这其实是个非常棘手的研究问题,作为索察的研究合作者,美国乔治华盛顿大学洛雷娜·巴尔巴(Lorena Barba)教授在一次即将到来的演讲的摘要中写道:“将一个飞行的蛇放在风洞里是非常困难的,因此我们试图将它放入GPUs里。

科学家建立二维模型揭飞蛇滑行之谜

科学家们生活在计算机仿真的黄金年代,他们发现了这些图形处理单元不仅仅适合于游戏《使命召唤》里的加速爆炸,它还能胜任某些数学工作,例如模拟飞蛇。研究人员创造了飞蛇的二维电脑模型,但他们也进行了真实世界的模拟——利用风洞里的3D打印部件。两者都显示了蛇形状的物体如果从树枝上掉下来,倘若身体倾斜35度,那么它们将获得特殊的气动力。

由巴尔巴和美国波士顿大学的阿努什·克里斯南(Anush Krishnan)带领进行的电脑仿真中,研究人员利用了单个英伟达特斯拉C2075GPU加速器1来模拟不同速度和攻击角度的蛇的二维界面,然后测量它将如何提供提升力。结果发现35度的倾斜角能够提供比人们预期更多的提升力,索察说道。“正是在这个位置提升力忽然出现的。”

索察已经研究了三个飞蛇物种——所有的都生活在南亚。它们似乎利用空气飞行作为一种防御机制,身体变扁平形成气动的类似翅膀的形状,然而从一棵树上猛冲下来。它们下降的速度非常快,甚至进入了一种波浪起伏、令人毛骨悚然的S形状滑行。它们能够轻松的飞过30英尺,即使从一棵非常高的树上掉下来。

现在,个飞蛇的电脑模型已经建立,研究人员希望建立更加复杂的3维仿真以提供有关蛇的运动将如何影响周围事物,以及这种动物将身体背部放在前端是否会获得额外的提升力的信息。

无论如何,电脑仿真都是理解飞蛇背后机制的重要一步。科学家已经知道了飞蛇在空中的基本运动,但仍然有很多需要了解。“我现在仍很感兴趣的问题是飞蛇是如何产生自身的气动力,以及它将如何维持在空中进行控制的。”

为什么会对飞蛇这么感兴趣呢?索察表示他正在研究一种新式的飞行方式,或可能应用于建造新型的自主机器人。“你也许可以建造搜索营救机器人,它能够像蛇一样进入裂缝,穿过碎石并从堆积物顶端出来,然后跳下滑行至别处。”美国五角大楼已经通过美国国防部高级研究计划局(DARPA)资助了这项研究。(编译/ 严炎刘星)

:杜苗

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