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本文摘自《创造》杂志中文版第43卷第3期

像我这样的无人机业余爱好者会用无人机来拍照或拍视频玩；而专业人士越来越多地用无人机来进行远程监控¹和调查；无人机甚至也被用于军事侦察和战争。

©University of South Australia

带螺旋桨的无人机能轻松地向前、向后和侧向飞行，可以悬停在空中，也可以迅速地加速或减速。²

一个跨国的研究团队 （研究人员来自新加坡、中国、台湾和澳大利亚）从生物汲取灵感， 最近研制了一种新的无人机，能像飞鸟一样拍打翅膀。一些高速特技飞行曾一度被认为是电动无人机无法实现的，但这种革命性的设计就使其成为了可能。拍打翅膀的飞行器被称为“扑翼飞机”或“鸟型机”。研究人员通过研究飞行的生物，把它们令人惊叹的空气动力学和生物力学用于工程设计。

 

新的仿生技术

新设计的无人机在机动性和效率方面有显著提升，它有两组能拍动的 X 翼和一个独特的尾部结构，这使它能够快速地在狭小的空间内转弯，以及悬停在空中——以前这只有较小的扑翼无人机才能做到。²它还比用了相同功率电动机的螺旋桨无人机的电能消耗低了 40%，这是因为转动螺旋桨产生的各种摩擦的能量损耗比扑翼运动的更多。³

工程师们从飞鸟（尤其是雨燕） 中汲取了灵感，飞鸟可以改变翅膀 的形状来适应不同的飞行模式：

“……鸟类的飞行从 有力地拍打翅膀起飞开始，然后张开翅膀进行滑翔，结束飞行时先下降， 最后用称为‘雀降’的 空气动力学减速操作来着陆。”²

与固定翼或螺旋桨的无人机相比，扑翼无人机的所有这些飞行过程都更加高效且适用范围更为广泛。²

新型扑翼无人机的重 量仅为 26 克，它的机身长约200毫米，有4张能拍动的机翼，机翼展开的宽度为280毫米。它还具有独特的尾部稳定结构， 使无人机能够在飞行过程中进行悬停、瞬间加速和急转弯。这款无人机由一个小型而强大的4.2伏微电机驱动，其重量稍大于3克，可提供约40毫牛顿的推力。²

 

无法超越飞行生物

南澳大利亚大学的査乐 （Javaan Singh Chahl）教授将他们的新型机器无人机与飞行生物进行了比较，对他们无人机的扑翼机制评论道：

©University of South Australia

“……机翼比较脆弱， 如果撞到某些东西，它就会破裂……而蝴蝶和鸟类的翅膀就不会这样。”⁴

査乐教授的一位博士生从生物中汲取了更多灵感，他正在研究传动装置（参与运动的控制组件），令它们的运动更像肌肉，就像生物拍动翅膀那样摆动，而不是像螺旋桨那样旋转。³

该团队从飞鸟中获得灵感制作出无人机，取得了引人瞩目的成果。但新加坡国立大学的首席研究科学家秦耀伟（Yao-wei Chin）博士的话暗示出，与飞行生物相比， 他们的技术还相形见绌：

“虽然扑翼无人机通过拍打机翼来飞行，是最接近飞行生物的，但鸟类和昆虫拥有多组肌肉， 使它们能够飞得非常快， 能折叠翅膀，扭曲和打开羽毛的狭缝，并且能节省能量……灵活的翅膀使 它们能够在半空中边翻 身，边以不同的速度和角度拍打翅膀。……普通雨燕能以最高每秒31米的速度飞行，这相当于每小时112公里。”3

 

设计需要有设计师 

聪明的科学家花了很多时间来筹划、设计，费尽心思才复制出生物飞行特性的一小部分。这些飞行生物都是上帝在创造周的第5天特别创造的（创世记 1:20-23）。 然而，在自然界中所观察到的这 类杰作很少被承认是创造主的杰作。 例如，多伦多大学航空专家拉沃伊 （Philippe Lavoie）教授受到海鸥翅膀的启发，制造出翱翔时间更长的无人机。然而，他仍然将他在生物界中看到的设计归功于进化：

“仿生学研究旨在尝试和理解自然界是如何做到的，因为它有数百万年的时间来适应某些条件。”⁵

 

不可简化的 4 杆结构

这种新型无人机的设计是建基于之前研究人员工作之上的，他 们参考的前期工作包括英国布里斯托大学的伯格斯（Stuart Burgess） 教授所做的研究。伯格斯教授是一 位屡获殊荣的仿生学家 ^6、7 并为自己设计的一架扑翼无人机申请了专利，他也曾为《创造》杂志撰稿。 他对这种新设计提出了以下专业看法：

“这种最新设计的微型飞行器包括轴承和齿轮的精密设计，以及先进的控制系统，从而表明这样的系统需要仔细的筹划和设计。而且还有一个曲柄摇臂的 4 杆结构来组成机翼的关节。有趣的是，昆虫的翅膀关节中也有4杆结构。这种结构本质上是不可简化的，这意味着它们不能逐步地进化出来。”⁸

与伯格斯教授的无人机一样， 本文介绍的新无人机使用曲柄摇臂的结构将旋转的运动转换为拍动的运动，其工作原理类似于汽车挡风玻璃的雨刮器。在昆虫中的相似结构被称为“摇杆摇臂（rocker-rockers）”。⁹鸟类的翅膀上也有4杆结构，许多动物的膝关节都有这类结构，人类也有。¹⁰

 

神圣的设计应该激发 对造物主的崇敬

正如伯格斯教授所明确指出的 那样，4杆结构是出色的设计方案， 永远不会通过进化的方式出现。设计工程师模仿生物界中的结构并取 得良好的成果，因为生物界是源自于设计大师耶稣基督的创造（歌罗西书 1:16），祂一开始就宣称祂的 创造“甚好”（创世记 1:31）。我们应该称赞制造出巧妙的新型扑翼无人机的工程师。但是，我们更应该颂赞万物的创造者，祂创造了启发工程师的飞行生物！ 

 

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