

蒲公英及其近亲是相当有经验的旅行者。它们的种子有时可以在风中传播100英里,甚至漂洋过海,重新繁衍火山摧毁的岛屿。
“它们可以在不消耗任何能量的情况下达到如此惊人的距离,”苏格兰爱丁堡大学的应用数学家 Cathal Cummins 说。他正在研究蒲公英如何实现这种蜿蜒的飞行。最终,这些见解可以用于设计利用风力的微型无人机。
当蒲公英种子起飞时,其蓬松的绒毛就像一个微型降落伞,随风飘荡。这些降落伞与我们使用的完全不同。事实上,它们有90%的空间是空的。“大自然为什么要选择如此多孔的设计作为降落伞?” Cummins 说。他和他的同事们发现,蒲公英的毛发协同作用,在种子上方形成一个涡流,使其保持在空中。
尽可能长时间地滞空,可以增加蒲公英种子被一阵风吹到新领地传播的机会。就像人类跳伞运动员一样,蒲公英种子依靠阻力来减缓下落速度。“通常阻力不利于飞行,但当你从飞机上跳下来时,你需要尽可能大的阻力来支撑你的体重,” Cummins 说。
但蒲公英的飞行需要遵循不同的规则。“我们谈论的这些种子只有零点几毫克,所以涉及的力和重量要小得多,” Cummins 说。
为了观察种子在实际中的表现,他和他的团队建造了一个向上缓缓吹气的风洞。当蒲公英悬停在空中时,研究人员追踪了它们的运动。他们发现,降落伞的多孔结构实际上有助于在飞行过程中保持种子的稳定。“通过让少量空气穿过降落伞,可以稳定其尾迹中的涡流,” Cummins 说。
涡流像一个小小光环一样跟随种子。这团旋转的空气有助于增加种子的阻力,当种子漂浮时,相邻的细丝相互作用就会产生它。
在这个尺度上,蒲公英的降落伞实际上比实心篷效果更好。“我们发现它们比传统降落伞产生阻力的效率要高得多,” Cummins 说。“蒲公英设法创造了一个几乎完全是空的空间的降落伞。我们的研究表明,基本上,少即是多。”
模仿蒲公英降落伞的羽毛状结构,可以使微型飞行器在不消耗任何能量的情况下飞行。这些风力微型无人机可用于监测遥远行星上的大气状况,或地球上偏远或不适宜居住的环境。
Cummins 和他的团队于今日在丹佛举行的美国物理学会流体动力学年会报告了他们的研究成果。