在我们的生活中，无论是汽车在公路上飞驰、飞机在天空翱翔还是船舶在海洋航行，阻力都消耗着大量的能量。不过，自然界的许多生物早已进化出了各种独特而高效减阻方法，师法自然，人们从中汲取灵感，发展出了形形色色的仿生减阻技术，实现了科技与自然的完美融合。
一、鱼类——水中的减阻高手
（一）鲨鱼皮的神奇纹理
鲨鱼是海洋中的霸主，它那光滑的游动姿态得益于其独特的皮肤。鲨鱼皮上布满了细小的、呈V形的盾鳞这些盾鳞顺着水流方向排列。当水流经过时，这种特殊的纹理能够有效抑制湍流的产生，从而大大降低了水流与鲨鱼身体之间的摩擦力，让鲨鱼可以快速游动，高效地捕捉猎物，最快可达近60公里每小时。
科学家们仿照鲨鱼皮的纹理，研发出了仿生鲨鱼皮材料。基于仿生鲨鱼皮材料制成的泳衣曾经在2000年~2008年间帮助一大波游泳运动员打破世界记录，显著提高了运动员的比赛成绩，美国“飞鱼”菲尔普斯正依靠鲨鱼皮泳衣在北京奥运会上狂揽8枚金牌。这一“黑科技”也被应用到了航空领域，正在成为飞机节能减排的秘密武器。巴斯夫和汉莎集团旗下的汉莎技术合作研发的AeroSHARK仿生“鲨鱼皮”薄膜，以汉莎货运的波音777F货机为例，预计可以使飞机在空中的摩擦阻力减少1%以上，以整个机队10架飞机来换算， 每年可节省约3700吨燃油并降低约11700吨的碳排放，相当于48班从法兰克福到上海的全货机航班。
图1 鲨鱼表皮结构 （左）与仿鲨鱼皮贴膜微观结构（右）
（二）鱼类的流线型身材
鱼类身体的流线型是大自然赋予它们在水中高效游动的一大法宝。从鱼头到鱼尾，鱼体的每一处曲线都经过了亿万年自然选择的优化，流畅的线条使得水流在鱼身周围的流动更加平稳，减少了水流分离和涡流的形成，有效减少水流的阻力。
汽车设计师们将这一特点运用到汽车外形设计中。现代汽车的车身线条变得更加圆润流畅，车头和车尾的设计都符合空气动力学原理。这样，当汽车在行驶时，空气能够沿着车身顺利通过，大大减少了空气阻力，提高了燃油效率，让我们的出行更加节能环保。
图 2 流线型车体设计
二、鸟类——天空中的飞行艺术家
（一）鸟类羽毛的精巧结构
鸟类的羽毛是一种神奇的结构，它不仅为鸟类提供了飞行的升力，还具有出色的减阻功能。鸟类的羽毛有着精细的结构，羽毛上的羽小枝相互钩连，形成了一个光滑而有弹性的表面，这些结构就像一把把小梳子，能够梳理气流，使空气在羽毛表面保持良好的流动状态，减少了空气的湍流和分离。
航空工程师们受到启发，在飞机机翼的设计中引入了类似的结构。新型机翼表面的微观设计能够让飞机在飞行时，机翼上的气流更加稳定，从而降低了空气阻力，使飞机飞行更加省油，航程更远。
图 3 羽毛微观结构图
（二）鸟类飞行姿态的奥秘
鸟类在飞行过程中会根据不同的情况灵活调整飞行姿态。比如在长途飞行中，它们会利用上升气流进行滑翔，这时翅膀伸展并保持特定的角度，使身体在气流中获得最佳的升阻比。在起飞和降落时，翅膀的形状和扇动频率也会相应改变。
飞机的襟翼、副翼等可动部件的设计和操作方式就是模仿了鸟类的这种飞行姿态调整。在起飞时，襟翼放下增加机翼升力，让飞机能在较低速度下顺利起飞；降落时，襟翼和起落架协同工作，确保飞机平稳着陆，同时减少空气阻力对降落过程的影响。
图 4 飞机机翼图
三、昆虫——微观世界的飞行精灵
（一）翅膀上的微观世界
昆虫虽然微小，但它们的飞行能力却不容小觑，这其中翅膀表面的微观结构功不可没。以蜻蜓为例，蜻蜓的翅膀表面布满了纳米级的柱状结构，它们不仅可以在空气流过翅膀表面时直接影响流体动力学，能够显著减少空气与翅膀之间的摩擦阻力，还使得蜻蜓的翅膀具备良好的疏水性，很难沾上水以及灰尘。科研人员在设计微型飞行器时，模仿蜻蜓翅膀的这种微观结构，制造出了具有更好飞行性能的微型飞行器机翼。这些微型飞行器在低空、低速飞行任务中，如环境监测等领域，能够更高效地飞行，减少能量消耗。
图 5 蜻蜓翅膀及其微观结构图
（二）独特的飞行模式
蜜蜂等昆虫的飞行模式十分独特，它们快速振动翅膀产生复杂的涡流，这些涡流在为昆虫提供升力的同时，还能有效地减少飞行阻力。科学家们模仿昆虫的这种飞行模式，研发出了扑翼飞行器。扑翼飞行器与传统的固定翼和旋翼飞行器相比，在小尺寸飞行方面具有独特的优势。它们能够在狭窄的空间内或者贴近障碍物飞行时，利用独特的飞行方式减少空气阻力，展现出了出色的机动性。
图 6 哈佛大学RoboBee X-Wing扑翼机器人
四、其他生物的减阻智慧
除了上述生物，还有许多生物也为我们提供了仿生减阻的思路。比如海豚等海洋哺乳动物，它们的皮肤具有特殊的弹性结构，并且能够分泌一种粘液。这种粘液和皮肤结构相互配合，使得海豚在水中游动时受到的阻力极小。研究人员正在努力模仿海豚的皮肤，开发出新型的减阻材料，用于水下设备和高速舰艇的设计，有望提高它们在水中的航行速度和效率。
再如荷叶，荷叶表面的超疏水微观结构使得水滴在荷叶上能够形成近乎球形的水珠并自由滚动。这种结构可以减少空气在叶子表面的摩擦阻力。在建筑领域，研究人员受荷叶启发，开发出了具有自清洁功能且能在一定程度上减少风阻的建筑材料，为建筑的节能和稳定性设计提供了新的途径。
五、结论
师法自然，形形色色的仿生减阻技术是人类对大自然智慧的深刻领悟和创造性应用。它在航空航天、交通运输等领域展现出了巨大的潜力和价值。随着科技的不断进步和多学科融合的深入发展，仿生减阻技术必将不断完善和创新，为人类创造更加高效、节能、环保的科技产品和解决方案，让我们的世界变得更加高效和美好。（北京机电工程研究所 任行伟）
