淚滴形的機翼，才是最快的機翼

如果機翼形態不夠理想，可能會在前翼造成旋渦（用紅色表示），並且與後翼造成的旋渦相互疊加（用綠色表示）。

撰文 | 蕾切爾·科韋爾(Rachel Crowell)

翻譯 | 羅廣楨

長期以來，人類都是從鳥的翅膀獲取靈感，設計飛行器的機翼。如今，一支由數學家組成的團隊把仿生學推到了新的高度。研究人員先用3D印表機列印出大量翼形，再在實驗室中對比它們的性能，將數據輸入專門用來模擬和演繹的演算法中，推演出效率更高的機翼。最終，他們發現無論在撲翼飛行還是水中模擬時，淚滴形的翅翼都賦予飛行器最快的速度。

這還是首次利用綜合手段找尋適合快速飛行的機翼，紐約大學的數學家雷夫·里斯特羅夫（Leif Ristroph）說，他也是這項研究的負責人。

里斯特羅夫認為，以下幾方面的特點，讓淚滴形機翼在眾多候選者中脫穎而出。首先，從側面觀察時，它的前後比例是非對稱的；其次，淚滴形前端是典型的圓面；最後，它的前置點最厚尾部最細長。淚滴形如剃刀一般纖薄的後緣與鳥翼很相似，幾乎和一根羽毛的厚度差不多。相關研究發表在今年1月的《皇家學會會刊A》上。研究者還認為，這一發現表明鳥的羽毛已經演化到了儘可能纖薄的程度。

里斯特羅夫和同事用3D列印技術製作了10種「初代」塑料機翼。他們將各個翅膀與電動水平桿相連，從而在水中上下扇動。在監測了這些機翼的遊動速度後，研究人員還進一步推測了相關的飛行速度。

里斯特羅夫說，他們測試了各種各樣的形狀，甚至包括基於傳統飛機機翼、扁平球體和花生殼的形狀。

研究人員將這些機翼的速度數據輸入模擬演繹演算法後，得到了共8種「子代」機翼。雖然更快的機翼形狀更有可能傳遞給下一代，但是演算法還是允許產生新形狀的「突變」存在。兩種表現最好的初代翼形也特意被添加到第2代中。第2代的10種機翼也同樣重複了3D列印和實驗室測試的流程。

當研究人員創造出15代機翼後，最快的機翼（淚滴形機翼）在第11代中出現後，一直都沒消失。演算法嘗試在隨後幾代繼續優化這種形狀，卻產生了幾種太過纖細以至於無法用3D列印的翼形。

這項研究「非常有趣，」南加利福尼亞大學航天工程師傑弗里·斯佩丁（Geoffrey Spedding, 並未參與這項研究）說。他注意到，最佳的機翼「非常像魚鰭」，這使它更適合遊動，或是向前推進，而不是像固定翼一樣產生升力。

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