تغییر شکل بال هواپیما با الهام گرفتن از بال پرندگان

به گزارش کلیک، یک تیم بین‌المللی از مهندسان و زیست‌شناسان به نتایج بی‌نظیری از این‌که پرندگان چطور پرواز می‌کنند، رسیدند. آن‌ها تصمیم دارند این علم را در جهت تغییر شکل در بال‌های وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین به کار بگیرند.

انتظار می‌رود چنین هواپیماهایی سبک‌تر، سریع‌تر و به طور چشم‌گیری قدرت مانور بیشتری نسبت به هواپیمای کنونی، که بال‌هایی با انعطاف پذیری بسیار کمی دارند، داشته باشند.

اخیرا مبلغ شش میلیون دلار به عنوان کمک هزینه از طرف دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی به پژوهشگران در جهت پیشبرد این تحقیقات اهدا شد. محققان نیز تصمیم دارند در ابتدا جزئی‌ترین ارزیابی ممکن را که تاکنون درباره پرواز یک پرنده در پروژهای مهندسی هوا و فضا انجام شده است، فراهم کنند. این پروژه به سرپرستی دنیل اینمان، پرفسور مهندسی هوا و فضا در دانشگاه میشیگان و تعدادی از پژوهشگران در دانشگاه استنفورد و دانشگاه لس آنجلس ایالات کالیفرنیا(UCLA) انجام می‌شود.

در حالی‌که هواپیماهای مدرن با بال‌های کم انعطاف‌پذیرشان، فلپ‌ها (دریچه‌های بال هواپیما) را که پهن و نازک هستند برای کنترل کردن هواپیما، به بیرون می‌کشند، پرندگان هر یک از پرهایشان یا دسته ای از پرهای بالشان را به طور استادانه ای کنترل می‌کنند. در واقع آن‌ها با بال‌هایشان سطحی به وجود می‌آورند که بدون اتلاف انرژی می‌توانند پرواز خود را کنترل کنند.

Inman می‌گوید: تیم ما شروع به جمع‌آوری اطلاعات جدید، استفاده از حسگرهای پیشرفته، تکنیک‌های کنترل و هم‌چنین روش‌های خلاقانه برای مشاهده پرواز پرندگان کرده است و در نهایت تصمیم دارد از میزان راندمان و مهارتی که در پرواز پرندگان وجود دارد در هواپیماها استفاده کند.

زمانی که بهره‌وری بالاتر باشد هواپیماهای بدون سرنشینی که با باتری کار می‌کنند نیز کاربردی‌تر خواهند بود. در حالی که خیلی از افراد در حال حاظر بر روی سوخت‌های فسیلی تکیه کرده اند. به‌علاوه این تیم تحقیقاتی در حال بررسی این مسئله است که آیا بال‌ها و دم جدید هواپیما بر روی هواپیماهایی که تعداد سرنشینان کمی دارند هم کاربرد دارد یا خیر.

دیوید لنتینک استادیار مهندسی مکانیک دانشگاه استنفورد سیستم جدیدی را به وجود آورده است که در آن به جای وصل کردن حسگرها به پرندگان برای اندازه گیری جریان هوا، فشار هوا و سایر نیروهای محرکه، می‌توان جریاناتی که در هوا در اطراف یک پرنده رخ می‌دهد را اندازه گیری کرد.

انتیگ که علاوه براین، یک زیست شناس نیز است، می‌گوید: واقعا هیجان انگیز است که اکنون ما می‌توانیم پرواز پرنده را به وسیله یک چشم مهندسی شده بررسی کنیم. او هم‌چنین می‌گوید: نیروهایی که در مقاطع مختلف زمانی بر روی بال‌ها به یک اندازه هستند با ترکیبی از بال سه بعدی که هر ۱۰۰۰ فریم در ثانیه اندازه گیری می‌شوند، نکته‌ای است که به وسیله آن می‌توان دریافت که چگونه پرندگان تغییر شکل می‌دهند تا نیروی آیرودینامیکی را که تولید می کنند، کنترل نمایند.

زیست شناسان دیگری که بر روی این پروژه در حال تحقیق هستند دوربین‌هایی را بر روی گونه‌های متفاوتی از پرندگان از جمله عقاب‌ها قرار دادند. این امر باعث می‌شود یک دید نزدیک از بال پرندگان در شرایط مختلف بدست آید. شرایطی هم‌چون از زمین بلند شدن آن‌ها، سبک پرواز کردن (بدون بال زدن)، مانور دادن و فرود آمدن. سومین گروه از این پژوهشگران در حال بررسی بر روی این مسئله هستند که چگونه ماهیچه‌های بال با یکدیگر کار می‌کنند و به طور ماهرانه‌ای به بال شکل می‌دهند.

مهندسان در حال بررسی راه‌های مختلفی هستند تا بال‌های با شکل خاص را برای هواپیماها تولید کنند. آن‌ها شیوه‌های مختلفی را به منظور تغییر شکل بال به کار می‌برند تا واکنش بال را نسبت به شرایط متفاوت مانند تغییرات دما یا جریان الکتریسیته ببینند.

محققان براین عقیده‌اند که می‌توانند با استفاده از پرینترهای سه بعدی سازه‌ای را به وجود آورند که ماهیچه و استخوان بال‌های پرندگان را شبیه‌سازی ‌کنند.

به منظور شکل‌گیری بال‌ها ، گروه دیگری از مهندسین یک چیپ کامپیوتری را برنامه‌ریزی خواهند کرد که از تکنیک‌هایی استفاده می‌کند که سلول‌های عصبی در مغز را شبیه‌سازی می‌کند و حسگرهایی را خواهند ساخت که در سرتاسر بال همانند عصب‌ها پخش خواهند شد.

این چیپ و حسگرها جریان هوا و فشار هوا را گزارش کرده و به کامپیوتر باز می‌گردانند. در حقیقت این‌ها اطلاعاتی هستند که پرندگان در هنگام پرواز با آنها مواجه می‌شوند.

یونگ چن پروفسور رشته مکانیک و مهندسی هوا و فضا در UCLA می‌گوید: یک شبکه عصبی قادر است سیگنال‌ها را با سرعتی همانند سرعت یک ابر کامپیوتر پردازش کند و این در حالی است که وزن آن و میزان انرژی مصرفی آن یک میلیونیم، یک ابر کامپیوتر است.

به همین دلیل ذهن پرفسور چن مانند مدارها قادر است به سرعت و با راندمان بالایی اطلاعات را از حسگرها دریافت و سپس پردازش کند. او در حقیقت از ذهن خود برای انتخاب بهترین اشکال بال به منظور مانور هواپیماها استفاده می‌کند.

تیم مهندسی این پژوهش از افراد زیر تشکیل می‌شود:

دارن هارل استادیار شاخه مهندسی هوا و فضا در Texas A&M کسی است که قطعات را برای تغییر شکل بال با استفاده از آلیاژهای مختلف توسعه می دهد و می سازد.

اینمان و هنری سودانو دانشیار مهندسی هوا وفضا در U-M بر روی روش‌ها و ترکیبی از مواد تحقیق می‌کنند تا بال‌های جدیدی بسازند.

فو کاو چانگ پرفسور دانش هوانوردی و کیهان‌نوردی در دانشگاه استنفورد حسگرهایی را برای بال‌ها طراحی خواهد کرد که از لحاظ زمینه کاری به پرفسور چن نزدیک است.

داگلاس آلتشولر پرفسور جانور شناسی در داشنگاه بریتیش کلمبیا کانادا به همراه لنتینک، پرواز پرندگان را مورد ارزیابی قرار می‌دهند. ریچارد بموفری که یک دانشیار بیومکانیک در کالج Royal Veterinary در بریتانیا است از دوربین‌هایی استفاده می‌کند تا هنگامی که پرندگان به منظور کنترل پرواز خود بال‌های خود را تغییر شکل دهند، این رویداد‌ها را ثبت و مورد بررسی قرار دهد. و در نهایت نیز گراهام تیلور پرفسور زیست شناس و ریاضیدان در دانشگاه آکسفورد داده‌هایی را که پیش از این درباره پرواز پرندگان جمع آوری کرده بود، ارائه می‌دهد.

منبع: phys