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小学生编程一段式仿生机翼
2023-04-12 00:00

科幻外型的"扑翼机",您觉得人类是否可以造出来呢? 我觉得不可能,至少十几年内科学技术达不到做出完全仿生并大规模应用的"扑翼机"(小孩子的玩具那种不算啊)。

扑翼机的升空原理,是通过机翼的扑动而产生升力,这就带来了大量的目前科学水平无法解决的问题,尤其是材料,在这样的屈服度下,材料早散架了,还有共振那?,还有操控那?都是跟现在的固定翼飞机完全不同的。

目前人类做得最成功的"扑翼机"(图3),是2006年7月8日,加拿大多伦多大学航宇研究院的C-GPTR,实现了有人驾驶扑翼机的首次离地和维持飞行。

离地速度为80千米/小时,飞行速度89千米/小时,以大约1米的高度平飞了10秒,总飞行距离330米。但是在降落的时候,飞机左侧机翼碰到了跑道,机头着地、前起落架折断,但这也是人类至今为止,"最成功"的一次"扑翼机"飞行!

也许我们暂时还只能在《沙丘》中,领略扑翼机的威力吧!

俄罗斯苏-57第五代隐身战斗机,机翼上的大螺丝疙瘩,这是五代机还是三代机?[捂脸]

这里蕴含着一个大秘密,一般人我都不告诉。

苏-57战斗机的这个惨不忍睹的制造手艺,并不表明俄罗斯的航空制造工艺水平差,而是俄罗斯航空技术顶尖的标志。

早在上世纪80年代,苏联中央流体研究院就发现,飞机表面蒙皮粗糙一点,多一些微小的凹坑,反而能减少飞行阻力,增加飞行速度。例如游泳运动员穿的仿生鲨鱼皮泳衣,以及高级高尔夫球上面的凹坑,都是这个原理。

另外,橘子皮状的高低起伏和凹坑,会让无线电波在蒙皮表面产生量子扭曲布朗运动的相互散射抵消反应,可以极大地增强战斗机的隐身性能。

因此俄罗斯有些战斗机的蒙皮,甚至还是手工打制,刻意做旧,特聘的潘家园的技师进行包浆。

至于中国的航空工业水平,在这方面就明显低于俄罗斯,他们把第五代隐身战斗机当成了一件瓷器艺术品,外表搞的过于精致,光滑的像是妹子刚做了拉皮。

这回你信了吧。。。

未来战争形态之一:微型仿生察打一体无人机的战斗场景

想象一下,你是个士兵,正匍匐在战场的一处灌木丛中,圆睁双眼,惊恐地望着天空。

灰色的天幕下,好多小黑点飞来飞去,像苍蝇一样的“嗡嗡”声铺天盖地。你知道那些黑点不是苍蝇,它们就是来自深渊的索命恶鬼。战场上空到处都是它们恐怖的身影,它们或高空俯视,或贴地巡查,仔仔细细反反复复地搜查每一条沟壑、每一处草坡。地面所有的军事目标——能发光的,能散热的,能发出电磁波的,用金属做的,模样明显非自然的……统统无所遁形。一旦有所发现,它们就成群结队猛扑过来,在连串的爆炸中与目标同归于尽。开战还不到一个小时,己方一切显眼的军事设备都已经被摧毁,人员也死得七七八八了,但它们的数量却似乎越来越多了。

这时候有一个“它”飞过来了,飞得比丛生的蒿草还要低。嗡嗡声越来越近,越来越响,震得耳膜生疼。躲在灌木丛中的你看得很清楚,它其实就是一枚炮弹,只是生出了机翼,长出了“眼睛”。看起来它飞得慢悠悠的,似乎一梭子就能打下来,但你知道绝不能轻举妄动,因为一旦暴露,它还有它的“同伴”立刻会扑过来,把你炸成齑粉。然而趴着不动也很难活,因为你身上的红外特征很难逃过它近距离的反复搜索。即使依靠某些装备侥幸躲过它们反复的巡查,但它们的滞空时间是有限的,在即将坠落的时候,其中某个“它”就会朝着近处稍有可疑的目标——比如草丛、灌木丛、树林之类——一头扎下来,你活下来的希望极其渺茫。

时间在令人窒息的嗡嗡声中一分一秒的流逝,爆炸声与哀嚎声此起彼伏。终于,旁边有个战友无法忍受这种无穷无尽的煎熬,猛然站起来,大喊大叫着朝越来越近的“它”猛烈开火。很快,“它”的同伴蜂拥而来,轰隆隆的巨响之后,你终于解脱了……

巡飞弹战争:一种全新的战争形态?_风闻

颠覆性新材料技术不断涌现,带来高技术产业新变革

新材料技术的发展与基础科学理论的突破息息相关。近年来,人工智能、机器学习及凝聚态物理等领域的发展,使得许多颠覆性新材料技术不断涌现,未来有望带来高技术产业的新变革。2020年,颠覆性新材料技术主要进展如下。

1.机器学习技术推动新材料研发新变革

2020年3月,美国能源部劳伦斯利弗莫尔国家实验室开发出一种预测材料性能的新方法。该方法旨在利用机器学习技术加速从新材料发现到大规模部署的过程,减少了测试和评估候选材料性能的工作量,大幅减少了材料部署的时间。以三氨基三硝基苯(TATB)为例,该材料是一种钝感高能炸药,合成反应条件的微小变化就可能引起较大的性能变化。因此,测试和评估TATB材料的性能需要做大量的工作。新方法利用计算机视觉和机器学习技术,可对TATB原材料粉末的扫描电子显微镜图像进行分析,从而避免繁多的物理测试。研究结果表明,与专家评估和仪器分析等常规方法相比,新方法可以减少约24%的预测误差。

2020年9月,日本国立材料科学研究所(National Institute for Materials Science,NIMS)研发了一种机器学习工艺,可以制备具有特定及所需机械性能的铝合金。铝合金是一种轻质节能材料,主要由铝制成,同时也含有镁、锰、硅、锌和铜等其他元素。各种元素和制造工艺的组合意味着铝合金面对各种应力时的弹性不同。然而,在生产铝合金时需要验证各种元素与制造工艺的组合,这一过程非常耗时且成本昂贵。为解决该问题,研究人员将已知的铝合金数据库数据输入到机器学习模型中,从而训练模型理解合金不同机械性能与不同组成元素之间的关系,以及与生产过程中应用的热处理类型之间的关系。一旦具有足够的数据,该模型就可以预测生产具有特定机械性能的新合金需要何种元素和生产工艺,而且所有上述工作都无须人工监督。新工艺有助于加快铝合金等新材料的研发速率。

2.前沿新材料技术不断取得突破

超材料方面,2020年11月,中国香港城市大学研究人员采用真空液体填充技术在聚合物薄壳中注入液态金属镓(Ga),首次制备了液态金属聚合物核壳结构的微点阵力学超材料。目前的金属微点阵力学超材料具有超轻、高比强度等特性,在无人机机翼、小微型电子器械等领域具有很好的应用前景。但是,这类超材料的韧性较差,在服役过程中容易脆断失效。中国香港城市大学研发的新型超材料不仅具有良好的韧性,而且充分利用低温度范围下液态金属的特性,实现了类似科幻电影中复杂形态液态金属的自我修复功能,在生物医疗器械、微电子器件及微型机器人等领域有巨大应用潜力。

二维材料方面,2020年9月,受美国DARPA和美国空军研究实验室等资助,斯坦福大学研究人员利用二维材料制备出超薄异质结构,并表现出优异的隔热性能。研究人员以二氧化硅/硅为衬底,先后沉积原子层厚度的单层二硒化钨、二硫化钼、二硒化钼和石墨烯,形成多层超薄异质结构,通过向石墨烯层施加电压,加热异质结构,并用拉曼光谱测量每层材料的温度。测试结果显示,该二维材料异质结构的热导率与290~360纳米厚的二氧化硅相当。该项研究将促进二维材料在热电器件领域的应用。该异质结构也有望用作电子器件的超轻隔热罩。

3.对中国的影响与启示

近年来,全球前沿新材料研究热度持续上升,新材料开始实现从基础支撑到前沿颠覆的跨越。一些对未来具有颠覆意义的前沿新材料,如石墨烯、量子点、超材料、仿生智能材料、超导材料、柔性材料及光催化材料等不断得到开发和应用,产业化进程也在加速。美、日、韩等科技强国为抢占新一轮工业革命制高点,纷纷制订了相应的发展计划和预期目标,并实施相应策略,推进前沿新材料跨越式发展。中国前沿新材料的发展基本与世界同步,特别是近年来中国在引领支持、研发投入、人力资源配置及创新体制改革等方面不断加大力度,前沿新材料发展非常迅猛,某些领域已跻身全球强国之列。

但同先进国家相比,中国前沿新材料在自主创新、新产品开发应用、研究范式变革和高端产业化等方面还有一定差距。对此,中国应对全球前沿材料发展态势有更充分的认识和把握,并重点在以下四个方面实现标志性突破:一是加强材料科技前沿性基础研究,国家在前沿基础研究方面应发挥引领、支持和协调的重要作用,应确定部门职责,推进跨部门跨领域全面合作,保证研究规范有序及高效地运作,取得高质量、高水平、强时效性的研究成果;二是加强创新体系建设,强化战略部署和战略管理,充分做好新材料研发的顶层设计,培养和打造一批具有国际先进水平的研究机构或高新企业,组合人才、资源和研发基础等优势,努力实现一批前沿性新兴技术的突破;三是完善产学研机制,采取政策导向和财经支持,加速新材料研究成果转化和产业化;四是提高自主创新能力,推进研究范式变革。

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