密歇根大学的工程师团队开发了一种带有凹坑的球形原型，可以根据气流进行动态调整，从而显著降低阻力，并实现精确的运动控制，无须使用尾鳍、舵或旋转部件。

　　这项创新受到高尔夫球的启发，有望为更高效、更灵活的空中和水下航行器铺平道路。

　　“水下航行器上动态可编程的外壳可以大幅降低阻力，同时无需使用尾鳍或舵等突出的附属物进行操纵。通过主动调整其表面纹理，航行器可以实现精确的机动性，并提高效率和控制力。”该研究的作者安查尔·萨林说道。

　　人们早已知道，高尔夫球上的凹坑可以通过破坏球体周围的边界层来减少压力阻力，从而使球体比光滑球体飞行距离增加约30%。

　　基于这一原理，密歇根大学的研究人员开发了一种“智能皮肤”系统：一个空心乳胶覆盖的球体，带有可调节的凹坑，可以通过真空泵打开或关闭。

实时降低阻力

　　为了验证他们的理论，研究人员将自适应球体放入风洞中，并使用称重传感器测量不同气流速度下的阻力。同时，他们利用激光成像和气溶胶粒子技术可视化了气流模式。

　　结果表明，浅凹坑在高风速下效果最佳，而深凹坑在低速下效果更佳。在所有条件下，与光滑球体相比，动态凹坑系统可将阻力降低高达50%。

　　“自适应蒙皮装置可以感知来流速度的变化，并相应地调整凹坑以保持减阻效果。将这一概念应用于水下航行器将能够降低阻力和油耗，”本文共同作者罗德里戈·维伦布拉莱斯·加西亚说道。

无运动部件转向

　　除了减阻之外，研究团队还发现可编程凹坑还能产生升力。通过激活球体一侧的凹坑，研究人员创造了一个非对称表面，从而改变了气流分离并偏转了尾流。结果球体被推向凹坑侧，实现了可控的横向运动。

　　“我很惊讶，如此简单的方法竟然能产生与马格努斯效应相当的效果，而马格努斯效应需要持续旋转，”本文共同作者布图·布拉赫曼达·苏达桑说道，“从长远来看，这可能会使紧凑型球形机器人潜艇受益，这些潜艇在探索和检查过程中优先考虑机动性而非速度。通常，这些潜艇需要多个推进系统，但这种机制可以帮助减少这种需求。”

未来影响

　　这项创新可能会改变紧凑型无人潜艇和无人机的设计。该团队计划与材料科学和软体机器人领域的专家合作，改进自适应蒙皮技术，使其能够应用于实际应用。未来的迭代可能会融入响应式材料，根据环境线索自动调整纹理，从而实现更高的适应性。

　　萨林表示：“这项智能动态蒙皮技术可能会彻底改变无人机和水下航行器的游戏规则，为传统的关节控制表面提供一种轻量化、节能且响应迅速的替代方案。通过实时适应不断变化的流体条件，这项创新有望增强机动性、优化性能，并为航行器设计开辟新的可能性。”

　　该研究已发表在《流体与流体物理学》杂志上。

　　（航柯）