纽约大学 一个类似鸟肺的“球形鸡”，显示了在吸气(蓝色箭头)和呼气(红色箭头)过程中，空气的往复运动是如何导致环周围的单向气流(紫色箭头)的
这种机制依赖于肺网络连接处附近的气流，尤其是呼吸阶段的显著差异
学分:NYU应用数学实验室 一组研究人员通过一系列实验室实验和模拟发现，鸟类的呼吸效率比人类高，这是因为它们的肺部结构——环形气道有助于空气单向流动
研究结果将在《Fri》杂志上发表
，3月19日发表在《物理评论快报》杂志上
这项由纽约大学和新泽西理工学院的研究人员进行的研究还指出了在呼吸呼吸机等应用中泵送液体和控制流量的更聪明的方法
NYU大学数学科学学院的副教授、该论文的资深作者叶小开·里斯特普解释说:“与我们肺部深处的气流不同，当我们吸气和呼气时，气流在鸟类的肺部沿单一方向来回摆动，即使它们吸气和呼气时也是如此。”
“这使它们能够进行任何动物中最困难、能量消耗最大的活动:它们可以飞行，而且它们可以跨越整个海洋和整个大陆，在氧气极其稀薄的珠穆朗玛峰这样的高度飞行
" “关键是鸟类的肺是由环状气道组成的——不仅仅是我们肺部的分支和树状结构——我们发现这导致了单向或定向的气流绕过这些环，”里斯托夫补充道
“这种风甚至使肺部深处通风，并带来新鲜空气
" 在有两个环路的网络上进行实验，较低的环路受模拟呼吸的振荡影响，较高的环路受单向流动的影响
学分:NYU应用数学实验室 鸟类呼吸系统中的单向气流是一个世纪前发现的
但一直是个谜的是对这种高效呼吸系统背后的空气动力学的解释
为了探索这一点，研究人员在NYU的应用数学实验室进行了一系列模拟鸟类呼吸的实验
在实验中，他们建造了充满水的管道——以复制空气流动——并弯曲管道以模仿鸟类肺部的环状结构——类似于高速公路通过入口坡道和出口坡道连接的方式
研究人员将微粒混入水中，这使得他们能够追踪水流的方向
这些实验表明，呼吸产生的来回运动被转化为绕环的单向流动
应用数学实验室主任里斯特普解释说:“这本质上是肺里发生的事情，但现在我们实际上可以看到和测量——从而理解——发生了什么。”
“这种情况的结果是，网络有环路，因此有交叉点，有点像‘岔路口’，在这里，人们可以选择走哪条路线
" 模拟中的流速显示上部回路中的定向流动或循环
学分:新泽西理工学院 然后，科学家们使用计算机模拟来重现实验结果，并更好地理解其机理
“惯性倾向于使水流保持直线前进，而不是转向小街，小街会被一个漩涡挡住，”南京理工大学助理教授和合著者阿南德·奥萨解释道
“这最终导致单向流动和循环，因为网络中的功能是如何连接的
" Ristroph指出了这些发现的几个潜在工程用途
“引导、控制和泵送流体是许多应用中非常常见的目标，从医疗保健到化学加工，到各种机械中的燃料、润滑剂和冷却剂系统，”他观察到
“在所有这些情况下，我们需要为特定的目的向特定的方向泵送液体，现在我们从鸟类身上学到了一种全新的方法来实现这一点，我们希望这种方法可以用于我们的技术
"
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