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TUhjnbcbe - 2022/3/4 15:22:00

大自然是奇妙而伟大的,我们对大自然要心存敬畏。大自然中的一切并非漫无目的的存在,它是我们伟大的老师,它教会了我们各种各样的本领,我们超越障碍与苦难,并在这个过程中蜕变出新的自我。

大自然中,有着各种会飞的动物,编织着各种美丽的传说,也推动了人类逐梦蓝天、探索低空文明的进程。

现存的自然界的各类物种中,会飞的动物大致包括昆虫、鸟类和蝙蝠等。今天我们分享一下会飞的昆虫以及它们对低空经济建设中的创新能力培养的启发。

昆虫属于无脊椎动物中的节肢动物,地球上的昆虫有75万种之多,昆虫的种类几乎占所有动物种类的70%以上,绝大多数昆虫能够飞行。

从泥盆纪发现的跃尾虫化石可以看出,昆虫最初是没有翅膀的。

在石炭纪,飞行昆虫开始出现。那时,飞行昆虫体积庞大,像蜻蜓一样大。它们身上有两对翅膀。飞行时,它们的翅膀拍打得很慢,但也许它们能像蜻蜓一样在空中滑行。

飞的昆虫是世界上出现最早的、数量最多、体积最小的飞行者。目前,这些动物的飞行特点和技巧各有不同,但无一例外地都采用了扑翼飞行方式。昆虫的扑翼飞行方式运动复杂,其机理尚未被人们完全认识和掌握。

昆虫在动物界占据主导地位,最为神奇的是它们有着各种各样不同结构的翅膀。常见的会飞的昆虫有蜻蜓、苍蝇、蝴蝶、蛾、瓢虫、蚊、蝉、蜜蜂、甲虫、萤火虫等。下面我们分享几种昆虫,它们对人类低空探索做出了巨大的贡献。

首先,分享的是大家都熟悉的蜜蜂。小时候,我们都常常听说父母对孩子的称赞:“你是一只勤劳的小蜜蜂。”。

从古至今,我国有很多伟大的诗人在赞美着蜜蜂。唐代诗人罗隐在《咏蜂》中写道,“不论平地与山尖,无限风光尽被占。采得百花成蜜后,为谁辛苦为谁甜?”,赞美了蜜蜂为了采蜜不辞辛苦的精神。

宋代的诗人陆游,在《见蜂采桧花偶作》中写到:“来禽海棠相续开,轻狂蝴蝶去还来。山蜂却是有风味,偏采桧花供蜜材。”

其实,蜜蜂除了有着勤劳的品质,还有着一副天然而灵巧的翅膀,带着它们在花丛中收集花粉,生产着各种养颜和富有营养的蜂蜜、巢蜜、蜂王浆。

随着人类对蜜蜂行为的观察,延伸出了一类人工智能算法,即蜂群算法。孩子们和科学家都会发现一个现象,自然界中的蜜蜂总能在任何环境下以极高的效率找到优质蜜源,且能适应环境的改变。

蜜蜂群的采蜜系统由蜜源、雇佣蜂、非雇佣蜂三部分组成。

蜜源的优劣有很多要素,如蜜源花蜜量的大小、离蜂巢距离的远近、提取的难易程度等。

雇佣蜂和特定的蜜源联系并将蜜源信息以一定概率形式告诉同伴;非雇佣蜂的职责是寻找待开采的蜜源,分为跟随蜂和侦查蜂两类,跟随蜂是在蜂巢等待,侦查蜂是探测蜂巢周围的新蜜源。

蜜蜂采蜜时,蜂巢中的一部分蜜蜂作为侦查蜂,不断并随机地在蜂巢附近寻找蜜源。如果发现了花蜜量超过某个阈值的蜜源,侦査蜂变为雇佣蜂开始釆蜜,采蜜完成后飞回蜂巢跳摇摆舞告知跟随蜂。

摇摆舞是蜜蜂之间交流信息的一种基本形式,它传达了有关蜂巢周围蜜源的重要信息如蜜源方向及离巢距离等,跟随蜂利用这些信息准确评价蜂巢周围的蜜源质量。

当雇佣蜂跳完摇摆舞之后,就与蜂巢中的一些跟随蜂一起返回原蜜源采蜜,跟随蜂数量取决于蜜源质量。以这种方式,蜂群能快速且有效地找到花蜜量最高的蜜源。

根据蜜蜂的行为的观察,科学家构建了蜂群算法,并尝试应用在低空无人机协同工作。这比无人机编队飞行更难,因为编队飞行需要注重飞行,但蜂群协同工作还需要完成任务,在完成任务的过程中,还会遇到更多问题。

接下来,和大家分享另外一种飞行昆虫,飞蛾。在中国的传说和故事中,飞娥被赋予了各种不同的寓意,有凄美的爱情故事,也有不自量力的妄自尊大等。

很多诗人对于飞娥写下了很多流传千古的诗句。魏晋时期的诗人张协,在《杂诗》中写道:“飞蛾拂明烛”。唐代诗人李贺在《伤心行》中写道:“灯青兰膏歇,落照飞蛾舞”。

还有一句名言“飞蛾扑火”,出自《梁书·到溉传》。原意是指飞蛾扑到火上,自取灭亡。

随着人类对飞蛾的行为观察,科学家对飞蛾扑火的现象有了新的解释。

在亿万年前,没有人造火光,飞蛾完全靠天然光源日光、月光或星光指引飞行。由于太阳、月亮、星星距离地球都很远,它们发出(或反射)的光线照到地球上可以认为是平行直线。

当飞蛾直线飞行时,它在任何位置的前进方向与光线的夹角都是一个固定值。

如果光源离得很近,比如火把或蜡烛,不能再将它们发出的光线看作平行光时,飞蛾按照固有的习惯飞行,飞出的路线就不是直线,而是一条不断折向灯光光源的等角螺线或称之为对数螺线(并非阿基米德螺线),不断接近光源,最终丧命于火,即飞蛾扑火。

接下来,让我们看看神奇的萤火虫。萤火虫总是给我们带来无限的遐想。南北朝的诗人庾信在《拟咏怀诗·十八》中写道:“露泣连珠下,萤飘碎火流”。

萤火虫夜间发光的奇妙现象,激发了孩子们和科学家的好奇心。

人们对萤火虫发光的探索,发明了人工冷光设备,比较熟悉的就是日光灯。

大家都知道,爱迪生发明电灯,让人类生活更加方便、丰富了。

但是,电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光,其余大部分都以热能的形式浪费掉了,而且电灯的热射线有害于人眼。那么,有没有只发光不发热的光源呢?于是,人类又把目光投向了大自然。

通过观察,人们惊奇地发现,在自然界中,有许多生物都能发光,如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等,而且这些动物发出的光都不产生热,所以又被称为“冷光”。

在众多的发光动物中,可爱的萤火虫是其中的典型代表。萤火虫约有种,它们发出的冷光的颜色有*绿色、橙色,光的亮度也各不相同。

萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率,而且发出的冷光一般都很柔和,很适合人类的眼睛,光的强度也比较高。

人们通过对萤火虫的不断观察和分析,发现生物光是一种人类理想的光。

萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。萤火虫的发光,实质上是把化学能转变成光能的过程。

早在40年代,人们根据对萤火虫的研究,创造了日光灯,使人类的照明光源发生了很大变化。

近年来,科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素、荧光酶,又用化学方法人工合成了荧光素,研制出了生物光源,可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。

由于这种冷光没有电源,不会产生磁场。因而,可以在生物光源的照明下,做清除磁性水雷等工作。

冷光本身无热,所以没有爆发火花的危险,在油库、炸药库、矿井等易燃易爆场所,用其作照明光源最为理想,因此被称为“安全之光”。

如果将富含发光微生物的海水装入玻璃灯泡中,就制成了一种简单的“冷光灯”,或称细菌灯。

年,在巴黎海洋学院召开一次国际会议时,其会议大厅安装的就是这种冷光灯。

冷光的应用范围很广,它既可用于照明,又能应用于航空、航海、捕鱼和野营等方面,如飞机的照明系统发生故障,冷光灯可作为呼救信号灯,使飞机获救转危为安。

下面,我们再分享一种家庭生活中常见的飞行昆虫,苍蝇。苍蝇,是常见的一种飞行昆虫,也是细菌的传播者,似乎人人都讨厌它。

科学家通过观察,发现苍蝇的楫翅(又叫平衡棒)是“天然导航仪”,人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。这种仪器目前已经应用在火箭和高速飞机上,实现了自动驾驶。

此外,通过对苍蝇眼睛的观察,科学家有了另一个重大发现。苍蝇的眼睛是一种“复眼”,由30O0多只小眼组成。于是,人们模仿苍蝇的眼睛,制成了“蝇眼透镜”。通过苍蝇眼睛的结构分析,人们的这个创新,是多么神奇的事情。

“蝇眼透镜”是一种新型光学元件,是用几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的,用它作镜头可以制成“蝇眼照相机”,一次就能照出千百张相同的相片。

当前,蝇眼照相机已经用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路,大大提高了工效和质量。

接着,让我们看看飞行昆虫中大名鼎鼎的蜻蜓。大家都知道,一到夏末秋初,雨前雨后,常常有大量的蜻蜓成群结队的飞行。

蜻蜓是自然界中一种结构极为精致的飞行昆虫,它的飞行技艺十分高超,被誉为飞行之王。

蜻蜒的翅质薄而轻,左右两边各有前后翅,重量非常轻,每秒却可振动30~50次。

蜻蜒飞翔起来十分灵活,既能够快速飞行,迅速变换方向和高度,又能在某一高度缓缓滑翔,或悬浮在半空中,甚至还能倒飞、侧飞、直上直下,很多现代化的飞机也不及蜻蜒的这种飞行本领。

在飞机设计领域,颤振曾经是空气动力学中的一个难题。在早期研制飞机时,设计师发现飞机的飞行速度越快,机翼颤振越强烈,容易造成机翼折断,机毁人亡。

科学家在观察蜻蜓的飞行时,发现,蜻蜓的半透明翅膀前缘有块加厚的色素痣有着很好的消振功能。

如果把蜻蜓翅膀的色素痣去掉,蜻蜓飞行就不稳定了。这是蜻蜓经过了几亿年进化获得的消振功能。

于是,人类模仿蜻蜓,在飞机机翼末端装上了类似的加厚区,颤振现象奇迹般地克服了。

通常,飞机在飞行的时候一旦遇到故障就非常致命。比如,飞机引擎出现问题,飞机坠落的可能性非常大。坐车坐船出现了故障,或许还能等在原地等待救援,坐飞机出现故障就很难有救援。

如果能在一架飞机出现故障的时候找出动一架备用机,能够和故障机悬停在空中对接乘客,这样就能大大提升飞机故障造成的死亡率了。

目前,人类对于该项空中救援技术还在探索,而这项技术的突破关键,也许需要和蜻蜓的飞行现象相结合。

生物学家发现,两只蜻蜓在空中交尾的时候,可以在空中随意变换速度和方向,还能长时间悬停,这让人类工程师简直叹为观止,也激发了飞机设计师的极大兴趣。

通过大量的观察发现,蜻蜓之所以能够做到这一点,靠的就是那对轻薄通明的翅膀,不但能上下左右煽动,还能不停的旋转。

蜻蜓能够根据身边的气流快速准确的调整翅膀的振动方式,还能利用涡流增加升力,而不像人类的飞行器那样,到了一定的角度和速度就有失速和失控的风险。

目前,飞机的空中加油已经逐步投入到应用阶段,但是飞机在空中的救援还有待大家去探索。

最后,让我们分享蝴蝶之美。蝴蝶很美,白绒绒的薄翼上略有些透明,宛若纯白的薄纱,翅膀上还带有些纤细精巧的细花纹,翅膀上的花纹交错,精致而典雅唯美。

宋代诗人张孝祥在《水调歌头·泛湘江》中写到:“蝉蜕尘埃外,蝶梦水云乡。”

在我们的印象中,蝴蝶总是以美丽出现在我们的生活中,但是大家知道蝴蝶的迁徙历程吗?

昆虫迁徙时,通常是同一种类的昆虫一起飞行,但往往有不同种类的昆虫混合在一起,同时飞行。有时迁徙队伍中有多达40种不同种类的昆虫。

昆虫中的“长途飞行”的冠*是斑蝶。斑蝶生活在美洲大陆。每年秋天,北美洲的斑蝶都会迁徙到南方过冬。从北美起飞后,他们中的一些人向东南开始了长途旅行。

斑蝶穿越浩瀚的大西洋,穿越亚速尔群岛,然后飞往非洲的撒哈拉沙漠,或者意大利和希腊等地。另一部分从北美向西南长途飞行。它们漂浮在浩瀚的太平洋上,数千英里外到达日本,甚至澳大利亚等地。

蝴蝶的迁徙会给我们大家什么启发呢?也许对今后的繁忙的低空交通提供一种新的思路。蝴蝶的生物学行为对今后低空生活的启发,就留给大家去畅想啦。

通过这篇文章的分享,大家或许发现了一个现象:自然界的生物是奇妙的。自然界的奇妙,留给我们大量的宝贵财富。每一个生命都是神奇的,都有着存在的价值。生物学、仿生工程学的研究对于今后低空飞行器的研制和低空交通,或许有着重要的启示作用和引导作用。

科学素质是国民素质的重要组成部分,是社会文明进步的基础。没有全民科学素质普遍提高,就难以建立起宏大的高素质创新大*,难以实现科技成果快速转化。年,我国出台了《全民科学素质行动规划纲要(-年)》。

提升科学素质,对于公民树立科学的世界观和方法论,对于增强国家自主创新能力和文化软实力、建设社会主义现代化强国,具有十分重要的意义。

低空是我们全人类共同的事业,需要老、中、青、少四代人持续的无缝结合和思维火花的碰撞和传承。

正如一位从事多年警务事业的专家分享的奋斗名言:团结、积极、坚持。在通往低空文明的征途上,大家共同努力,加大低空科普力度,树立低空安全意识,结合仿生学等人工智能先进技术,挖掘创新能力,开展低空安全走廊建设,培育和拓展低空产业生态链,将有助于推动我国低空经济建设的快速发展。

感谢各位读者分享低空感悟,特别感谢一位高校老师对本文提供的蜻蜓与飞行安全的相关思考,使得该部分的知识能够与大家分享。

*本文部分内容和图片源于网络,仅用于公益科普,如有侵权,敬请谅解。也欢迎大家积极投稿Email:dikongwenming

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