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        密歇根大学开发的一个新原型表明，带有高尔夫球等凹坑的水下或空中飞行器可能更有效、更易作。

         高尔夫球凹坑通过压力阻力（物体在流体中移动时遇到的阻力）切割，平均比光滑球推得更远 30%。 以此为灵感，一个研究团队开发了一种具有可调节表面凹痕的球形原型，并在受控风洞。

         “水下航行器上动态可编程的外皮可以大大减少阻力，同时无需使用突出的附属物，如鳍或方向舵进行机动。 通过主动调整其表面纹理，该飞行器可以实现精确的机动性，同时提高效率和控制力，“密歇根大学海军建筑与海洋工程和机械工程助理教授、两个研究发表在《流动》和《流体物理学》上。

         这些灵活的车辆可以进入海洋中通常难以到达的区域，同时进行监视、绘制新区域地图或收集有关水况的数据。

         Sareen 和同事通过在点缀有孔的空心球体上拉伸一层薄薄的乳胶来形成原型，类似于匹克球。 真空泵对芯体减压，在开启时将乳胶向内拉以产生精确的凹痕。 关闭Pump 使球体再次平滑。

         为了找出凹坑如何影响阻力，球体在一个 3 米长的风洞中进行了测试，该风洞由一根细杆悬挂并承受不同的风速。

         对于每种流动条件，可以通过改变真空泵的强度来微调凹坑深度。 使用称重传感器测量阻力，称重传感器是一种检测气流对物体施加的力的传感器。 同时，气溶胶被喷入风洞，而高速激光和相机捕捉了微小颗粒在球体周围流动时的运动。

         对于高风速，较浅的凹坑可以更有效地减少阻力，而较深的凹坑在较低的风速下更有效。 通过调整凹坑深度，在所有条件下，与光滑球体相比，球体的阻力减少了 50%。

         “自适应蒙皮设置能够注意到进入空气的速度变化，并相应地调整凹痕以保持阻力减少。 将这一概念应用于水下航行器将减少阻力和燃料消耗，“密歇根大学海军建筑和海洋工程博士后研究员、该研究的特约作者 Rodrigo Vilumbrales-Garcia 说。

         智能可变形球体还可以产生升力，从而允许受控运动。 升力通常被认为是负责使飞机保持在空中的向上力，只要它垂直于流向。

         为了实现这一目标，研究人员设计了仅在一侧有孔的内部骨骼，导致球体在激活时形成一个光滑的侧面和一个凹陷的一侧。

         这在球体的两侧产生了不对称的流动分离，使尾流偏向光滑的一侧。 根据牛顿第三定律，流体向粗糙的一侧施加相等且相反的力，有效地将球体推向凹痕的方向。 右侧的凹坑生成向右推，而左边的人向左推。 这可以通过选择性地激活所需一侧的凹坑来实现精确转向。

         该团队在相同的风洞设置中测试了新球体，风速和凹坑深度各不相同。 在最佳凹坑深度下，半粗糙/半光滑的球体产生的升力高达阻力的 80%。 升力生成与 Magnus 效果一样强大，但它不是使用旋转，而是完全通过修改表面纹理。

        “我很惊讶这样简单的方法可以产生与需要连续旋转的马格努斯效应相当的结果，”密歇根大学机械工程研究生、该研究的特约作者 Putu Brahmanda Sudarsana 说。

         “从长远来看，这可能会使紧凑型球形机器人潜艇受益，例如，这些潜艇在勘探和检查中优先考虑机动性而不是速度。 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。

         展望未来，Sareen 预计将结合材料科学和软机器人技术的专业知识进行合作，进一步推进这种动态皮肤技术的能力。

         “这种智能动态皮肤技术可能会改变无人机和水下飞行器的游戏规则，为传统的关节控制面提供一种轻便、节能且响应速度快的替代方案，”她说。 “通过这项创新能够实时适应不断变化的流动条件，有望提高机动性、优化性能并为车辆设计解锁新的可能性。