哪種形狀的翅膀速度最快？

一直以來，人類都從鳥類的翅膀上獲得了靈感，想藉此設計出機械翅膀。現在，一個由數學家組成的團隊將有關翅膀的仿生學研究推向了一個新高度。他們通過3D列印技術製造出形狀各異的翅膀，並在實驗室中比較各類翅膀的速度，採集相關數據，最後將數據輸入演算法，藉此來推動機械翅膀的進化。 研究人員發現，淚滴形的翅膀無論是在撲翼飛行時，還是在游泳時都是速度最快的。

來自紐約大學庫朗數學學院的數學家，同時也是新論文資深作者的Leif Ristroph 表示：「這是人類第一次為了實現快速飛行尋找合適的翅膀形狀。」

根據Ristroph 的說法，眾多因素導致淚滴形翅膀的速度比其它翅膀更快。首先，如果從側面觀察，這種翅膀前後不對稱。翅膀的頭部呈圓形，最厚重的部分前置，而拖尾則細長而苗條。翅膀極薄的背部邊緣和鳥的翅膀相似，通常只有一根羽毛那麼寬。研究表明，鳥類的翅膀在進化中已經變得儘可能纖薄。相關論文已經發表在今年一月的《皇家學會學報》上。

Ristroph和同事們利用3D列印技術製作了十個第一代塑料翅膀，並且在翅膀上安裝了由電機驅動的水平桿，使它們能在水中上下翻動。研究人員會測量翅膀在游泳時的速度，並據此推斷其飛行速度。Ristroph表示，相關人員對不同形狀的翅膀進行了測試，接受測試的包括基於傳統機翼而設計的翅膀、扁平球體狀的翅膀和花生狀的翅膀。

研究人員將翅膀的速度數據輸入進化演算法，演算法產生了八個第二代「子翼」。速度快的翅膀更有可能入選第二代，但演算法也允許能產出新形狀的「變異」型翅膀入選。此外，第一代翅膀中速度最快的兩個也入選了第二代名單。接著，像對第一代翅膀所做的那樣，科學家對第二代的十個翅膀也進行了3D列印和實驗室速度競賽。以此類推，研究人員總共創造了15代翅膀。 速度最快的淚滴形翅膀在第十一代才出現，並在此後一直保持著這一記錄。為了進一步提高速度，演算法嘗試在後續幾代的開發中繼續完善淚滴形翅膀的形狀，然而，產出的翅膀實在太薄了，不適合3D列印。

雖然並未參加相關研究，南加州大學的航空工程師Geoffrey Spedding 還是認為這項研究非常有趣。他認為速度最快的翅膀更像是魚鰭，這使它更適合用於游泳和推進物體，而不是像飛機一樣產生升力。

作者：晴空飛燕/編譯

蝌蚪五線譜編譯自scientificamerican，譯者 晴空飛燕，轉載須授權

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