Zseniális mérnöki tervezés: kolibriszárnyak inspirálhatják a dróntervezést

A kolibrik parányi testük ellenére hatalmas hatást gyakorolnak a drón- és légijárműiparra. Felismerhető, precíz repülési és lebegési manővereiket régóta használják inspirációként a mesterséges szárnyak és más légcsavarok tervezésekor. A madarak mozgásáról alkotott ismereteink nagy része azonban a valós és mesterséges környezetben végzett repülési tevékenység megfigyeléseiből származik – írja cikkében a Popular Science.

Ezt a viszonylag korlátozott ismeretanyagot jelentősen kibővítették a Penn State University kutatói, akik nemrégiben visszafejtették a kolibriszárnyak mozgásszervi rendszerét, hogy az apró madarak mozgásával kapcsolatban az eddigi legjobb részletekkel szolgáljanak. Ennek köszönhetően rengeteg új információ válik elérhetővé a drónok következő generációjának tervezői számára.

Az új modellezési módszer megalapozásához a kutatócsoport a már meglévő anatómiai szakirodalom, a számítógépes áramlástani szimulációs adatok, valamint a mikro-CT- és röntgenfelvételeken rögzített szárnymozgások kombinációját használta fel. Ezt a bőséges információt aztán egy úgynevezett genetikus algoritmussal, egy evolúciós stratégiákon alapuló optimalizáló programmal kombinálták, hogy újszerű betekintést nyerjenek a kolibrik repülésének legkényesebb aspektusába.

„Szimuláljuk a kolibri szárnyának teljes rekonstruált mozgását, majd a csapkodó szárny által generált összes áramlást és erőt, beleértve a szárnyra ható összes nyomást is” – mondta Bo Cheng, a Penn State gépészmérnöki karának professzora az egyetem közleményében.

Az új modellezőrendszer egyik legfontosabb felfedezése, hogy a kolibrik elsődleges izmai, amelyeket „repülési motornak” neveznek, nem egyszerűen csak oda-vissza csapkodnak a szárnyakkal. Ehelyett valójában három különböző irányban mozgatják szárnyaikat: fel-le, előre-hátra, valamint csavaró vagy billenő mozgást végeznek. A kutatók ezeket ahhoz hasonlították, mintha az ember a törzsizmait feszítené meg edzés közben, hogy javítsa a mozgékonyságát és stabilitását.

„Megfeszítik a szárnyukat a dőlés és a fel-le irányban, de a hátra- és előrefelé irányban lazán tartják a szárnyat, így az csak előre-hátra csapkodásnak tűnik, miközben az erőizmaik, vagyis a repülési motorjuk valójában mindhárom irányba húzza a szárnyat” – magyarázta Bo Cheng. „Ezáltal a szárnyak nagyon jó mozgékonysággal rendelkeznek a fel- és lefelé irányuló, valamint a csavaró mozgás esetén.”

Bár további tesztek validálása még szükséges, a csapat biztos abban, hogy megfigyeléseik egy nap pozitívan befolyásolhatják a jövőbeli dróntechnológiai fejlesztéseket, amelyek a pontosabb kolibri biomimikrire támaszkodnak.

Némethi Botond, NEW technology magazin