蒲公英如何在空中飄行?科學家揭露全新流體動力學機制

作者 | 發布日期 2018 年 10 月 19 日 13:25 | 分類 無人機 , 環境科學 , 自然科學 follow us in feedly

你有沒有想過植物界飛行員蒲公英的種子,如何乘著風在空中飛行超過 1 公里?新研究揭開了其中奇特機制:蒲公英白色冠毛上方的空氣,會形成有如煙圈的低壓渦環以抵抗重力,延長蒲公英種子從空中落地的時間。



握著蒲公英的花莖接著用力一吹,你就能吹出許多蒲公英的種子隨風飄散,讓我們來細看蒲公英種子(如下圖)的構造:最底端褐色部分是種子,種子延伸出一條長喙,長喙上方就是約 100 條毛絨絨、呈放射狀散開的白色冠毛(pappus),研究人員以超精確 X 射線掃描和光學顯微鏡觀察說,冠毛平均長度 7.4 釐米、厚度 16.3 微米,遠遠看去有如飛機的螺旋槳或降落傘。

▲ 乘風飛行的蒲公英種子。(Source:pixabay

新研究共同作者、英國愛丁堡大學植物科學家 Naomi Nakayama 指出,也就是這種蓬鬆的冠毛結構,藏著幫助蒲公英飛行超過 1 公里的祕密。

實驗中,團隊將蒲公英種子放在垂直風口上,使其在一個固定高度來回浮動,接著使用高速照相機長時間曝光,分析空氣穿過冠毛結構時發生了什麼事──就在這裡,研究人員發現了冠毛結構上方出現兩個有如煙圈的低壓漩渦(如下圖),團隊將其命為分離渦環(the separated vortex ring,SVR)。

(Source:截自論文

關鍵在於冠毛之間高達 92% 的空隙能讓氣流通過,當空氣自下而上穿過冠毛空隙時,會在上方由 外往內吸入並沿著孔洞向下流動,到了底端後又開始往上回流循環,形成一個穩定低壓的 SVR,如此減緩種子在空中下沉的速度。

從技術來講,團隊基本上等於發現一個全新的流體動力學機制,可能激發用於各種遙測的小型無人機往無功耗飛行模式發展。新論文發表在《自然》期刊。

(首圖來源:pixabay