电影由 David Lentink 提供
在一只两英尺宽的机器人苍蝇、一桶油以及一些烟雾和激光的帮助下，一位航空航天工程师发现，大自然很久以前就找到了最有效的飞行方式。好吧，至少对于非常小的物体来说是这样。
这涉及到在机翼的前缘产生一个涡流，就像一个微型的侧向龙卷风，从而降低了机翼表面的压力。低压几乎将机翼向上吸起，使其升力比正常情况下翻倍。
枫树种子就是这样做的，正如荷兰瓦赫宁根大学教授、加州理工学院研究员 David Lentink 上周在《科学》杂志上宣布的那样。昆虫、蜂鸟和蝙蝠也通过前后摆动翅膀来做到这一点。枫树种子在旋转落地时产生涡流，使其下落速度大大减缓，并能飞到离树更远的地方。
树种在与可能捕食它们的飞行动物完全不同的进化路径上发展出了前缘涡流，这一事实表明它是最有效的飞行机制之一。
“这是令人惊讶的。它表明空气动力学在塑造进化中的翅膀方面非常重要，以至于截然不同的生物都进化出了相同的机制来提高升力，”Lentink 说，并补充说树种在没有大脑或肌肉的帮助下进化出了这一特征。“这使得产生前缘涡流成为一个‘不用动脑筋’的事情，这也让它非常有趣。”
为了弄清楚是什么帮助种子获得了如此有效的升力，Lentink 需要观察它们的工作过程。幸运的是，加州理工学院 Michael Dickinson 的动物生理学实验室的研究人员擅长测量昆虫的空气动力学，他们使用了仿生飞虫（Robofly）和其“新娘”（Bride of Robofly）。
仿生飞虫（Robofly）是一只翼展 23 英寸、每秒拍动 5 次翅膀的仿生果蝇，它被浸泡在两吨矿物油中，这模拟了真正的果蝇在空气中拍动翅膀时会感受到的阻力。它的“新娘”是一个类似的装置，可以拍打翅膀并模拟向前飞行。
Lentink 想测试枫树种子在旋转落地时的运动情况，所以他制作了一个 5 英寸的枫树种子模型——大约是真实大小的 5 倍——并将其连接到仿生飞虫（Robofly）的马达上。
油中添加了许多微小的玻璃珠，Lentink 用强大的激光照射它们，以拍摄由“下落”的种子产生的涡流。
“种子在旋转，穿过激光片，触及了翅膀和周围流体的一个很好的横截面。你可以看到流体因为玻璃球绕着翅膀移动，”他说。
他还用垂直风洞测试了 32 个实际的枫树种子，以验证他的发现是否与真实情况相符。
“这些昆虫和枫叶产生如此大的升力，在很多方面都令人惊讶，”他说。“了解不同运动方式的进化原因将很有趣。这完全取决于它们进化上继承了什么，比如能够扇动翅膀但不能连续旋转的肌肉。对于枫树来说，它们通过连续旋转的翅膀飞得很好，这在生物学上是非常合理的；枫树种子依靠重力和湍流的阵风来推进。关于这一点，我们还有很多未知之处。”
那么我们应该重新设计我们的直升机吗？Lentink 说，你可能不想要一个像枫树种子一样的人体大小的直升机——更大的机翼和更快的速度会导致非常不稳定的前缘涡流，这些涡流只会持续几秒钟。此外，很少有乘客能够忍受在飞行中像枫树种子那样进行 360 度旋转。
但是小型的枫树种子式直升机可以做到这一点，并且可以用于从侦察到交通监控，再到减缓其他行星大气层中探测器的速度等各种用途。国防部甚至尝试过开发微型枫树种子相机。
“我认为未来将是拥有枫树种子式翅膀的微型直升机，”Lentink 说。“如果你想设计非常有效、高效的微型或纳米级飞行器，最好借鉴枫树种子产生的涡流，而不是昆虫产生的涡流。”
