高尔夫球凹坑灵感，让航行器效率操控双提升

IT之家 5 月 25 日消息，美国密歇根大学的研究人员提出了一种创新理念，有望显著提升水下航行器和空中飞行器的移动效率与操控性，这一创意的灵感来源于高尔夫球表面的凹坑设计。

据IT之家了解，高尔夫球之所以比光滑的球飞行距离更远，是因为其表面的凹坑能够有效减少压差阻力，即物体在空气或水中移动时所受到的阻碍力。受此启发，研究人员开发出了一种带有可调节凹坑的新型球形原型，并在风洞中对其性能进行了测试。

密歇根大学助理教授安查尔・萨林（Anchal Sareen）表示：“如果水下航行器能够配备一种动态可编程的外层皮肤，将极大地降低阻力，同时无需再依赖突出的鳍或舵来操控方向。通过主动调整其表面纹理，航行器可以实现精准的操控性，并提升效率与控制能力。”这一技术在海洋探索、海底测绘以及环境数据收集等领域具有广阔的应用前景。

该原型的制作方法是将一层薄薄的乳胶拉伸覆盖在一个内部布满微小孔洞的空心球体上。当启动真空泵时，乳胶会被吸入，形成凹坑；关闭真空泵后，球体表面则会恢复光滑。为了测量凹坑对阻力的降低效果，研究人员将球体放置在一个长达三米的风洞中，用一根细杆固定住球体，并改变风速以及凹坑的深度。通过应变传感器记录气动力，同时利用高速摄像机追踪气流模式。

实验结果显示，在高风速下，较浅的凹坑效果更佳；而在低风速下，较深的凹坑更具优势。通过调节凹坑深度，与光滑球体相比，阻力可降低高达 50%。

密歇根大学博士后研究员罗德里戈・比伦布拉莱斯-加西亚（Rodrigo Vilumbrales-Garcia）指出：“这种自适应皮肤装置能够感知气流速度的变化，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，不仅能减少阻力，还能降低燃料消耗。”

此外，研究人员还发现这种带有纹理的表面能够产生升力，这是一种有助于控制球体方向的力。通过仅在一侧激活凹坑，他们改变了空气流动模式，从而产生了一种推动球体向特定方向移动的力。测试表明，在合适的凹坑深度下，球体能够产生高达阻力 80% 的升力，这一效果与通常需要持续旋转才能产生的马格努斯效应（Magnus effect）相似。

密歇根大学研究生普图・布拉曼达・苏达纳（Putu Brahmanda Sudarsana）表示：“我惊讶地发现，如此简单的办法竟能产生与马格努斯效应相当的结果。”

展望未来，萨林教授希望能够与其他专家合作，进一步完善这一技术。她指出：“这种智能动态皮肤技术有望成为无人空中和水下航行器领域的变革性成果，为传统关节式控制面提供一种轻量化、节能且高度灵敏的替代方案。”