近日，美國密歇根大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)揭示了一項(xiàng)從高爾夫球設(shè)計(jì)中汲取靈感的創(chuàng)新技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)有望為水下航行器和空中飛行器的性能帶來革命性提升。研究的核心在于模仿高爾夫球表面的凹坑結(jié)構(gòu)，以減少物體在移動(dòng)時(shí)所遭遇的阻力。

高爾夫球之所以能飛得更遠(yuǎn)，原因在于其表面的凹坑設(shè)計(jì)有效降低了壓差阻力。受此啟發(fā)，密歇根大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新型球形原型，其表面布滿了可調(diào)節(jié)的凹坑。這一原型在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中接受了嚴(yán)格的測試，以驗(yàn)證其性能。

據(jù)密歇根大學(xué)的助理教授安查爾·薩林介紹，如果水下航行器能夠裝備一種動(dòng)態(tài)可編程的外層皮膚，將能顯著降低阻力，并減少對(duì)鰭或舵等傳統(tǒng)操控部件的依賴。通過主動(dòng)調(diào)整表面紋理，航行器不僅能實(shí)現(xiàn)更精確的操控，還能提高效率和控制能力。這一技術(shù)在海洋探索、海底測繪及環(huán)境數(shù)據(jù)收集等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

為了制造這一原型，研究人員采用了一種特殊的方法：將一層薄薄的乳膠拉伸覆蓋在內(nèi)部布滿微小孔洞的空心球體上。當(dāng)真空泵啟動(dòng)時(shí)，乳膠被吸入孔洞，形成凹坑；關(guān)閉真空泵后，球體表面則恢復(fù)光滑。為了測量凹坑對(duì)阻力的影響，研究人員在長達(dá)三米的風(fēng)洞中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，通過改變風(fēng)速和凹坑深度，利用應(yīng)變傳感器和高速攝像機(jī)記錄并分析數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在高風(fēng)速條件下，較淺的凹坑表現(xiàn)出更佳的減阻效果；而在低風(fēng)速下，較深的凹坑則更具優(yōu)勢。通過調(diào)節(jié)凹坑深度，研究人員成功地將阻力降低了高達(dá)50%，與光滑球體相比，這一成果令人矚目。

密歇根大學(xué)的博士后研究員羅德里戈·比倫布拉萊斯-加西亞指出，這種自適應(yīng)皮膚裝置能夠感知?dú)饬魉俣鹊淖兓?，并相?yīng)地調(diào)整凹坑深度，以保持最佳的減阻效果。將這一技術(shù)應(yīng)用于水下航行器，不僅能顯著減少阻力，還能有效降低燃料消耗。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，這種帶有紋理的表面還能產(chǎn)生升力，有助于控制球體的方向。通過僅在一側(cè)激活凹坑，他們改變了空氣流動(dòng)模式，從而產(chǎn)生了一種推動(dòng)球體向特定方向移動(dòng)的力。測試表明，在合適的凹坑深度下，球體能夠產(chǎn)生高達(dá)阻力80%的升力，這一效果與通常需要持續(xù)旋轉(zhuǎn)才能產(chǎn)生的馬格努斯效應(yīng)相似。

密歇根大學(xué)的研究生普圖·布拉曼達(dá)·蘇達(dá)納對(duì)這一發(fā)現(xiàn)表示驚訝：“如此簡單的辦法竟能產(chǎn)生與馬格努斯效應(yīng)相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果，這確實(shí)令人意想不到。”

這一創(chuàng)新技術(shù)的成功不僅為水下航行器和空中飛行器的性能提升提供了新的思路，也為未來無人航行器的發(fā)展開辟了新的方向。通過進(jìn)一步的研究和完善，這一智能動(dòng)態(tài)皮膚技術(shù)有望成為無人空中和水下航行器領(lǐng)域的變革性成果。