密歇根大学研发创新动态凹坑技术 提升水下与空中航行器效率

近日，来自美国密歇根大学的研究团队推出了一项令人瞩目的技术创新，旨在通过一种基于动态凹坑设计的原型球体，提升水下航行器和空中飞行器的移动效率和操控能力。这一切的灵感源于我们日常生活中的高尔夫球，其独特的凹坑表面设计使得球体在空气中飞行时能显著降低压差阻力，进而飞得更远。

密歇根大学的助理教授安查尔·萨林（Anchal Sareen）在接受采访时表示，“高尔夫球的设计让我们意识到，通过改变航行器的外表面特性，我们可以重新定义水下车辆的操控和效率。”根据研究人员的探讨，传统水下航行器通常依赖于突出的鳍片和舵来操控方向，而这一新技术的核心理念是利用一种动态可编程的外层皮肤，显著降低航行器的阻力，并使得其能够在无需依赖物理突起部件的情况下，实现精确的航行控制。

为了实现这一构想，密歇根大学的研究团队开发了一种新型球形原型。这种原型的表面覆盖了一层薄薄的、可伸展的乳胶材料，底部则是一个内部布满微小孔洞的空心结构。当真空泵被启用时，乳胶会被吸入，形成凹坑结构；而当真空泵关闭后，乳胶表面会迅速恢复平滑。这种设计使得凹坑的深度可以根据实际需求进行调节，进而最大限度地优化航行器在不同流速下的性能。

为了验证这种原型的效果，研究团队在长三米的风洞内对其进行了测试。他们通过细杆固定球体，调节风速和凹坑的深度，并借助应变传感器记录气动力的变化。实验揭示，在较高风速下，浅凹坑的表现优于深凹坑，而在低风速下则较深的凹坑更具优势。这种可调节的动态表面能够实时感知气流的变化，并相应地调整凹坑深度，以保持最佳的减阻效果。

“这一自适应技术将彻底改变水下航行器的设计理念，”研究团队的博士后研究员罗德里戈·比伦布拉莱斯-加西亚（Rodrigo Vilum

ales-Garcia）表示，“通过降低水下航行器的阻力，可以在降低能耗的同时增强其机动性，这对海洋探索、环境监测等领域将产生重大积极影响。”

研究团队还意外发现，这种带有动态凹坑的表面能够产生升力，即一种有助于控制球体运动方向的力。通过在特定的一侧激活凹坑，研究人员成功地改变了气流的运动方向，从而推动球体朝特定方向移动。测试结果表明，在适宜的凹坑深度设置下，球体在气流中的升力最高可达80%，这一效果与传统马格努斯效应（Magnus effect）的维持手段相似，但显然更加高效。

密歇根大学的研究生普图·布拉曼达·苏达纳（Putu Brahmanda Sudarsana）表示：“我们在实验中看到，简单的设计背后蕴含的物理原理竟能提供与复杂旋转相似的动力效果，这让我十分惊讶。”这样的发现不仅是一项技术突破，也为未来航行器的设计提供了新的思路。

展望未来，安查尔·萨林教授希望能与其他专业人士合作进一步开发这一技术。她强调：“这种智能动态皮肤技术有望为无人空中及水下航行器带来变革性的影响。相比传统控制面设计，我们的技术在重量、节能和灵敏度上都具备更强的优势。”

密歇根大学的这一创新动态凹坑技术，不仅是流体力学和航行器设计领域的一次重要进展，更为未来的海洋探索及航空领域提供了一种新的技术解决方案。随着该技术的不断完善和实际应用，期待将来能看到更加高效、灵活的水下和空中航行器在不久的将来投入使用。