顫抖的楊樹葉可以拯救未來的火星探測器

沃里克大學(xué)的研究人員受顫抖的楊樹葉獨特運動的啟發(fā)，設(shè)計了一種能量收集機制，可以在惡劣環(huán)境下為氣象傳感器供電，甚至可以作為備用能源，可以拯救和延長生命。未來的火星漫游車。

近年來，華威大學(xué)的三年級工科本科生一直在研究阿斯彭為什么把顫抖的問題拋在了微風(fēng)中。華威大學(xué)的工程研究人員薩姆塔克哈維(Sam Tucker Harvey)、伊戈爾霍瓦諾夫(Igor A. Khovanov)博士和彼得丹尼森科(Petr Denissenko)博士受到啟發(fā)，更加關(guān)注他們每年為學(xué)生設(shè)定的任務(wù)，并進一步研究這一現(xiàn)象。

他們決定研究阿斯彭葉片低風(fēng)速顫振的潛在機制是否能有效發(fā)電，只需要利用葉片產(chǎn)生的機械運動模型。今天，他們在2019年3月18日公布了這個問題的答案。作為一篇題為《應(yīng)用物理快報》中的帶移動附件的能量收集器》的論文，答案是肯定的。

該報第一作者、華威大學(xué)博士工程研究員薩姆塔克哈維說：

“這種機構(gòu)最吸引人的地方在于，它提供了一種無需使用軸承就能發(fā)電的機械手段，在極寒、極熱、多塵或多沙的環(huán)境中，軸承可以停止工作。同時，還可以產(chǎn)生勢能。它足夠小，可以為自動電氣設(shè)備供電，例如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。這些網(wǎng)絡(luò)可用于在遠程和極端環(huán)境中提供自動天氣傳感等應(yīng)用。

Petr Denissenko博士進一步指出，未來的應(yīng)用可以作為未來火星著陸器和移動站的備用電源。

“火星車Opportunity的性能遠遠超出了設(shè)計師最偉大的夢想，但即使是堅硬的太陽能電池板最終也可能被恒星的沙塵暴所克服。如果我們能基于這項技術(shù)為未來的火星車配備一個備用的機械能收集器，它可能會延續(xù)下一代火星探測器和著陸器的壽命。”

白楊的關(guān)鍵是“低風(fēng)”，但尖顫不僅僅是葉子的形狀，更重要的是與莖的有效扁平形狀有關(guān)。

華威大學(xué)的研究人員使用數(shù)學(xué)模型來獲得樹葉的機械當量。然后，他們利用低速風(fēng)洞測試了帶有懸臂梁的裝置，如阿斯彭葉片的平桿和圓形截面的彎曲葉尖，它們與主葉片相似。

然后葉片垂直于流動方向定向，這使得收割機能夠在異常低的風(fēng)速下產(chǎn)生自持振蕩(例如楊樹葉)。測試表明，當葉片的速度變得足夠高時，氣流會附著在葉片的后表面，因此更類似于機翼，而不是通常在風(fēng)能收集背景下研究的阻風(fēng)門。

在自然界中，細莖在風(fēng)中向兩個不同方向扭曲的趨勢也會增強葉子顫抖的趨勢。然而，研究人員的建模和測試發(fā)現(xiàn)，他們不需要在他們的機械模型中復(fù)制進一步運動程度的額外復(fù)雜性。簡單地將扁桿的基本特性復(fù)制成懸臂梁和彎曲的葉尖，其圓形的橫截面就像主葉片一樣，足以產(chǎn)生足夠的機械運動來收獲動力。

接下來，研究人員將研究哪種基于機械運動的發(fā)電技術(shù)可以最好地利用這種設(shè)備，以及如何在陣列中最好地部署這些設(shè)備。

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