访中国西北工业大学：科技创新如何源于自然而高于自然？

近日西安5月30日电 (记者 李纯)从秦岭竹叶到飞机除冰，从沙垄结构到减少风阻，从遨游深蓝到振翅苍穹，面对科研道路上的一个个难题，中国西北工业大学相关研究团队从自然中寻找科技创新的灵感，实现多项重大突破。

用“竹叶”为飞机“贴膜”

在电影《钢铁侠》中，马克2型战衣的首次试飞因为结冰问题险些“翻车”。对于飞机而言，一旦机身表面积冰，轻则影响气动外形、电子传感等，重则可能造成事故甚至坠毁。飞机防除冰的重要性不言而喻。

如何实现飞机表面更不易结冰？西工大苑伟政、何洋教授团队师生攀登秦岭时，在白雪皑皑中看到了绿色的箭竹。研究发现，竹叶独特的表面结构正是其不易结冰的原因。从微观层面复刻叶片表面，科研团队采用仿生微纳技术，研制出具有防除冰效果的“疏冰蒙皮”。

经过冰风洞实验和高寒地区飞行实验，“疏冰蒙皮”的防除冰效果及强度、可靠性均得到验证。中国空气动力研究与发展中心冰风洞测试报告认为，这项研究“与目前公开报道的国际上同类研究相比，超过国际先进水平”。

更像鸟儿一样飞翔

飞机的出现实现了人类“像鸟儿一样飞翔”的夙愿。随着仿生飞行技术的发展，未来的飞行方式或将更加“像鸟儿一样”。

仿生扑翼飞行器是模仿鸟类等生物扑动翅膀的飞行方式。在微小型飞行器尺度上，这样的飞行方式具备实现更高效飞行的潜力，且具有较强的机动性。不仅如此，仿生扑翼飞行器的起降不受场地限制，更为便携、隐蔽，未来可以实现快速起飞、长距巡航等功能。

过去20多年来，西工大宋笔锋教授研究团队深耕仿生飞行技术领域，自主研制的“云鸮”仿生扑翼飞行器已通过国家专业认证机构的现场检测，单次连续飞行时间达到154分钟，创造世界纪录。团队研制的仿生扑翼飞行器在全国20余个地区完成3000余架次的任务飞行，可以在零下10摄氏度至40摄氏度、4级风及小雨雪环境下使用。

水下航行器同鱼群混游

从学校泳池到大洋深处，一条“魔鬼鱼”在波浪中扇动翼状的鱼鳍，一系列动作自然流畅，乍看之下与海中生物别无二致。这是西工大航海学院自主研发的仿蝠鲼柔体潜水器，目前已完成1025米大深度滑翔与扑翼一体推进海试。

蝠鲼又称“魔鬼鱼”，是一种生活在热带和亚热带海域的软骨鱼类，具有流线型的扁平躯体。这种形态有利于游动推进、下潜滑行，在运动流场中能够有效借助流体能量实现更高效率的滑行运动。

“它和蝠鲼的滑翔、拍动相似程度已经接近90%。”据项目团队负责人潘光教授介绍，这款仿生水下航行器可以在海洋牧场中与鱼群混游，监视海洋牧场鱼群健康状态，还能进一步增加声学、磁学传感等载荷，对未来海洋环境的保护与开发具有应用价值。

在沙垄上寻找“最优解”

减阻是航空航天领域长期关注的重点。通过模仿中国库姆塔格沙漠特有的沙垄结构，西工大创新团队设计出仿沙垄舌形多层分形减阻微纳结构。数据显示，该结构减阻率较此前国际报道的最好水平提高了52%，突破了半个世纪以来相关减阻技术的性能极限。

谈及为何选择沙漠作为仿生研究对象，该团队教授何洋表示，自然界遵循最小阻力原则，物质会沿着最小阻力路径运动。这说明风在通过这些地貌结构形成的路径时，能量损失最小，也意味着这种沙垄结构表面对风的阻力最小。

库姆塔格沙漠特殊的风向条件和沙垄结构为团队带来了研究灵感。“格物致知、师法自然，这或许就是大自然给出的降低风阻的‘最优解’。”团队负责人苑伟政教授如是说。(完)

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