李忠東

高效的降落傘

蒲公英，相信同學(xué)們都見過。蒲公英種子上有白色冠毛結(jié)成的絨球，花開后借著風(fēng)力向四面八方傳播，飄到新的地方孕育新生命。蒲公英利用冠毛來幫助飛行擴(kuò)散，冠毛會(huì)延緩種子的降落，使種子飛行的距離超過水平風(fēng)吹送的距離，而且冠毛還可以影響種子降落的方向。

為什么蒲公英種子的飛行方式竟然如此奇妙？科學(xué)家對(duì)此也有疑惑。英國(guó)愛丁堡大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)最近找到了答案：這歸功于一種以前在自然界中從未見過的飛行形式，這是一種空氣動(dòng)力的新機(jī)制?？諝庠谄压⒎N子內(nèi)和周圍的運(yùn)動(dòng)，使其能夠完全憑借風(fēng)力在空中飄浮，進(jìn)行長(zhǎng)距離旅行（通常會(huì)超過1千米）。盡管蒲公英種子的降落傘是鏤空的，然而其效率是傳統(tǒng)降落傘的4倍。

神奇的渦流

在此之前，蒲公英種子的這種飛行方式被認(rèn)為在現(xiàn)實(shí)世界中是根本行不通的。當(dāng)一些動(dòng)物、飛機(jī)或種子飛行時(shí)，它們的翅膀或類似翅膀的表面在與空氣接觸時(shí)，形成了一種被稱為“渦流”的循環(huán)空氣環(huán)流。這種渦流可以幫助維持將動(dòng)物、機(jī)器或種子提升到空中所需的力量。但是一個(gè)獨(dú)立的渦流由于太不穩(wěn)定，因而無法在自然界中持續(xù)存在。因此，科學(xué)家很好奇這些生有冠毛的蒲公英種子是如何在空中停留的。

為了找到問題的答案，研究團(tuán)隊(duì)把蒲公英種子放在一個(gè)垂直的風(fēng)洞里，并用激光照射。他們對(duì)自由飛行和固定的蒲公英種子的繞流做可視化處理，以便觀察蒲公英種子周圍的氣流變化。通過長(zhǎng)曝光攝影和高速成像，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)穩(wěn)定的渦流。它與蒲公英種子本體分離，但穩(wěn)定地保持在冠毛下部固定距離的位置。增加的阻力能更加有效地分散輕量級(jí)蒲公英種子的重量，減緩蒲公英種子下降到地面的速度。

蒲公英的種子長(zhǎng)有細(xì)長(zhǎng)的花絲，它們像自行車輪子上的輻條—樣從一根中心柄上發(fā)射出來，這—特征確保了它們的飛行方式。通過輻條運(yùn)動(dòng)的空氣和在蒲公英種子周圍運(yùn)動(dòng)的空氣之間的壓力差產(chǎn)生了渦流，而且精確的調(diào)控能將其穩(wěn)定住。

研究結(jié)果顯示，蒲公英種子的被動(dòng)飛行機(jī)制非常有效，可以使其具備良好的飛行性能，從而使其散布到很遠(yuǎn)的距離，使之成為“大自然最佳飛行員”之一。

科學(xué)家嘗試設(shè)計(jì)小型硅制圓盤模仿輻條，制作了包括從固體圓盤到92%為空氣的圓盤在內(nèi)的一系列開口模型，就像蒲公英種子上的結(jié)構(gòu)。在風(fēng)洞中測(cè)試這些種子模型時(shí)，只有最接近蒲公英種子的圓盤才能維持分離的渦流。如果圓盤上的開口數(shù)量比蒲公英種子少10%，則渦流就會(huì)不穩(wěn)定。

物競(jìng)天擇，適者生存。為了更好地生存和繁衍，蒲公英種子把自己變成了天然的降落傘。徹底解開了蒲公英飛行之謎后，同學(xué)們是不是對(duì)大自然有了更深的敬畏呢？

大自然是最偉大的創(chuàng)造者，人類的發(fā)展過程就是逐漸了解大自然的過程，許多技術(shù)的靈感都來自于大自然。蒲公英種子這種巧妙的飛行模式最大限度地降低了材料和能源成本，可應(yīng)用于可持續(xù)發(fā)展技術(shù)工程。它類似于迷你多孔“降落傘”的結(jié)構(gòu)，可用于小型的或無功耗型的無人機(jī)的研發(fā)制造。這些無人機(jī)不需要供電，可用于遙感或空氣污染監(jiān)測(cè)，將極大地改善人類的生活。