Hunter
Lemodellezték a sáskák repülését
Egy brit-ausztrál kutatócsoport egy lépéssel közelebb került a rovarok repülésének aerodinamikai titkainak kikódolásához, amivel rendkívüli manőverezési képességű és energia hatékony mikro-repülőgépeket kaphatnak.
Dr. John Young az ausztrál Új-Dél-Walesi Egyetem tudósa és az Oxford Egyetem repülő állatokat kutató zoológiai csoportja nagy sebességű digitális videokamerákkal rögzítette a sáskák repülését egy szélcsatornában, megörökítve szárnyaik repülés közbeni alakváltozását. A megszerzett információt egy számítógépes modell elkészítéséhez használták fel, ami újraalkotja az összetett szárnymozgás által keltett légáramlást és tolóerőt.
A Science magazinban publikált eredményeikből a mérnökök először ismerhetik meg a természet egyik leghatékonyabb repülőinek aerodinamikai titkait, olyan információkat nyerve, melyek létfontosságúak egy igazán hatékony miniatűr repülő robot kifejlesztéséhez. Ilyenek helyt állhatnak különböző felderítési és mentési műveletekben, katonai alkalmazásokban és veszélyes környezetek vizsgálatában.
"Az úgynevezett 'poszméh paradoxon', mely szerint a rovarok ellenszegülnek az aerodinamika törvényeinek, halott. A modern aerodinamika valóban képes a rovarok repülésének pontos modellezésére" - mondta dr. Young. "A biológiai rendszerek az évmilliók során fellépő evolúciós nyomás hatására optimalizálódtak, számos példát nyújtva olyan teljesítményekre, melyek messze meghaladják a mesterségesen elérhetőket. Egy rovar finoman strukturált szárnya, mozgás közbeni csavarodásaival és meghajlásaival, valamint barázdás és redőzött felületeikkel a lehető legtávolabb van a repülőgépek áramvonalas szárnyaitól."
Sokáig lehetetlen volt megmérni egy rovar szárnyának tényleges alakját repülés közben, részben a rendkívül gyors mozgásuk miatt, részben pedig alakjuk bonyolultsága miatt. "A sáskák azért különösen érdekesek a mérnökök számára, mert rendkívül nagy távolságokat képesek megtenni egészen korlátozott energia tartalékokkal" - magyarázta dr. Young.
Miután a sáska szárnymozgásának számítógépes modellje tökéletessé vált, a kutatók módosított szimulációkat futtattak le, hogy kitalálják, miért olyan összetett a szárnyszerkezet. Az egyik tesztben eltávolították a felületi redőket, viszont megtartották a csavarodásokat, míg egy másik kísérletben a szárnyakat merev sík lapokkal helyettesítették. Az eredmények szerint az egyszerűsített modellekkel is sikerült felhajtóerőt kelteni, de azok nem voltak olyan hatékonyak, mint a rovaroké, a repüléshez sokkal több energiát emésztettek fel.
"A rovarszerű mikro-repülő járművek építésén dolgozó mérnökök ebből azt szűrhetik le, hogy a rovarszárnyak magas felhajtóereje viszonylag könnyen elérhető, de ha a cél a sáskákat jellemző hosszútávú repüléshez szükséges hatékonyság elérése, akkor rendkívül fontosak a szárnykialakítást deformáló részletek."
Dr. John Young az ausztrál Új-Dél-Walesi Egyetem tudósa és az Oxford Egyetem repülő állatokat kutató zoológiai csoportja nagy sebességű digitális videokamerákkal rögzítette a sáskák repülését egy szélcsatornában, megörökítve szárnyaik repülés közbeni alakváltozását. A megszerzett információt egy számítógépes modell elkészítéséhez használták fel, ami újraalkotja az összetett szárnymozgás által keltett légáramlást és tolóerőt.A Science magazinban publikált eredményeikből a mérnökök először ismerhetik meg a természet egyik leghatékonyabb repülőinek aerodinamikai titkait, olyan információkat nyerve, melyek létfontosságúak egy igazán hatékony miniatűr repülő robot kifejlesztéséhez. Ilyenek helyt állhatnak különböző felderítési és mentési műveletekben, katonai alkalmazásokban és veszélyes környezetek vizsgálatában.
"Az úgynevezett 'poszméh paradoxon', mely szerint a rovarok ellenszegülnek az aerodinamika törvényeinek, halott. A modern aerodinamika valóban képes a rovarok repülésének pontos modellezésére" - mondta dr. Young. "A biológiai rendszerek az évmilliók során fellépő evolúciós nyomás hatására optimalizálódtak, számos példát nyújtva olyan teljesítményekre, melyek messze meghaladják a mesterségesen elérhetőket. Egy rovar finoman strukturált szárnya, mozgás közbeni csavarodásaival és meghajlásaival, valamint barázdás és redőzött felületeikkel a lehető legtávolabb van a repülőgépek áramvonalas szárnyaitól."
Sokáig lehetetlen volt megmérni egy rovar szárnyának tényleges alakját repülés közben, részben a rendkívül gyors mozgásuk miatt, részben pedig alakjuk bonyolultsága miatt. "A sáskák azért különösen érdekesek a mérnökök számára, mert rendkívül nagy távolságokat képesek megtenni egészen korlátozott energia tartalékokkal" - magyarázta dr. Young.
Miután a sáska szárnymozgásának számítógépes modellje tökéletessé vált, a kutatók módosított szimulációkat futtattak le, hogy kitalálják, miért olyan összetett a szárnyszerkezet. Az egyik tesztben eltávolították a felületi redőket, viszont megtartották a csavarodásokat, míg egy másik kísérletben a szárnyakat merev sík lapokkal helyettesítették. Az eredmények szerint az egyszerűsített modellekkel is sikerült felhajtóerőt kelteni, de azok nem voltak olyan hatékonyak, mint a rovaroké, a repüléshez sokkal több energiát emésztettek fel."A rovarszerű mikro-repülő járművek építésén dolgozó mérnökök ebből azt szűrhetik le, hogy a rovarszárnyak magas felhajtóereje viszonylag könnyen elérhető, de ha a cél a sáskákat jellemző hosszútávú repüléshez szükséges hatékonyság elérése, akkor rendkívül fontosak a szárnykialakítást deformáló részletek."
