颤抖的杨树叶可以拯救未来的火星探测器

沃里克大学的研究人员受颤抖的杨树叶独特运动的启发，设计了一种能量收集机制，可以在恶劣环境下为气象传感器供电，甚至可以作为备用能源，可以拯救和延长生命。未来的火星漫游车。

近年来，华威大学的三年级工科本科生一直在研究阿斯彭为什么把颤抖的问题抛在了微风中。华威大学的工程研究人员萨姆塔克哈维(Sam Tucker Harvey)、伊戈尔霍瓦诺夫(Igor A. Khovanov)博士和彼得丹尼森科(Petr Denissenko)博士受到启发，更加关注他们每年为学生设定的任务，并进一步研究这一现象。

他们决定研究阿斯彭叶片低风速颤振的潜在机制是否能有效发电，只需要利用叶片产生的机械运动模型。今天，他们在2019年3月18日公布了这个问题的答案。作为一篇题为《应用物理快报》中的带移动附件的能量收集器》的论文，答案是肯定的。

该报第一作者、华威大学博士工程研究员萨姆塔克哈维说：

“这种机构最吸引人的地方在于，它提供了一种无需使用轴承就能发电的机械手段，在极寒、极热、多尘或多沙的环境中，轴承可以停止工作。同时，还可以产生势能。它足够小，可以为自动电气设备供电，例如无线传感器网络中的设备。这些网络可用于在远程和极端环境中提供自动天气传感等应用。

Petr Denissenko博士进一步指出，未来的应用可以作为未来火星着陆器和移动站的备用电源。

“火星车Opportunity的性能远远超出了设计师最伟大的梦想，但即使是坚硬的太阳能电池板最终也可能被恒星的沙尘暴所克服。如果我们能基于这项技术为未来的火星车配备一个备用的机械能收集器，它可能会延续下一代火星探测器和着陆器的寿命。”

白杨的关键是“低风”，但尖颤不仅仅是叶子的形状，更重要的是与茎的有效扁平形状有关。

华威大学的研究人员使用数学模型来获得树叶的机械当量。然后，他们利用低速风洞测试了带有悬臂梁的装置，如阿斯彭叶片的平杆和圆形截面的弯曲叶尖，它们与主叶片相似。

然后叶片垂直于流动方向定向，这使得收割机能够在异常低的风速下产生自持振荡(例如杨树叶)。测试表明，当叶片的速度变得足够高时，气流会附着在叶片的后表面，因此更类似于机翼，而不是通常在风能收集背景下研究的阻风门。

在自然界中，细茎在风中向两个不同方向扭曲的趋势也会增强叶子颤抖的趋势。然而，研究人员的建模和测试发现，他们不需要在他们的机械模型中复制进一步运动程度的额外复杂性。简单地将扁杆的基本特性复制成悬臂梁和弯曲的叶尖，其圆形的横截面就像主叶片一样，足以产生足够的机械运动来收获动力。

接下来，研究人员将研究哪种基于机械运动的发电技术可以最好地利用这种设备，以及如何在阵列中最好地部署这些设备。

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