Напоминающий пернатого аса с его миниатюрными защитными очками и подбородочным ремешком, попугай по имени Оби был готов взлететь. По сигналу Оби взмыл в воздух, пролетел сквозь лазерное поле, наполненное микрочастицами, и приземлился на другую жердочку в трех футах от себя.
Путешествие длилось всего три секунды, но оно поставило под сомнение точность трех моделей аэродинамики, которые долгое время использовались для предсказания полета животных. Это также может повлиять на будущие разработки биологических дронов, роботов и беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), что представляет интерес для США. S. Navy and Marine Corps.
При поддержке Управления военно-морских исследований (ONR) исследователи из Стэнфордского университета нашли новый способ точного измерения вихрей - круговых узоров вращающегося воздуха, - создаваемых птичьими крыльями во время полета. Результаты проливают свет на то, как эти существа создают достаточную подъемную силу для полета.
«Одним из самых захватывающих недавних достижений в понимании летающих животных стало использование подобных новых технологий для сбора всех видов данных в условиях свободного полета», - сказал Марк Стейнберг, руководитель программы ONR, курирующий исследование. исследовательская работа. «Мы можем узнать, что происходит на самом деле - биологию и физику - и применить это для создания БПЛА, способных перемещаться в сложных условиях, например, под густым пологом леса или в городских каньонах».
Под руководством доктора Дэвида Лентинка команда из Стэнфорда протестировала три модели, обычно используемые для оценки подъемной силы птиц и других летающих животных во время полета.
Во-первых, они заставили Оби и других попугаев несколько раз пролететь через лазерное поле, мигающее 1000 раз в секунду, освещая нетоксичные аэрозольные частицы размером в микрон (одна тысячная миллиметра).
Когда Оби летал над полем, тонкие частицы тумана двигались вокруг кончиков его крыльев и были сфотографированы сверхвысокоскоростными камерами, создав новую картину вихрей, следующих за летящим животным. Исследователи из Стэнфорда взяли эти данные и объединили их с измерениями, полученными с помощью другого прибора, аэродинамической силовой платформы, изобретенной в лаборатории Лентинка при поддержке ONR.
«Платформа представляет собой сверхчувствительные весы, которые измеряют силу, возникающую при взлете птицы в специально разработанной полетной камере», - сказал Лентинк, доцент кафедры машиностроения.
Затем исследователи несколько раз применяли каждую из трех преобладающих моделей к этим новым измерениям. В каждом случае существующие модели не смогли предсказать фактический подъем попугаев.
Проблема в том, что давние модели основаны на исторических измерениях, сделанных на несколько взмахов крыльев позади летающего животного, что приводит к предсказаниям, что вихри крыльев остаются относительно замороженными с течением времени - подобно пухлым облакам, которые формируются и медленно рассеиваются в воздухе. след самолета. Исследование Лентинка, однако, показывает, что вихри крыльев птиц на самом деле распадаются внезапно и сильно, в течение двух-трех ударов.
«Долгое время инженеры обращались к литературе о полетах животных, чтобы понять, как лучше сконструировать крылья роботов», - сказал Лентинк. «Но эти знания были основаны на неточных моделях подъемной силы. Теперь мы знаем, что нам нужны новые исследования и методы, чтобы лучше информировать этот процесс проектирования. Я считаю, что наш метод, который напрямую измеряет подъемную силу, может способствовать таким улучшениям».
Будущие этапы исследований Лентинка будут включать в себя применение его новой модели подъемной силы для изучения того, как крылатые дроны и БПЛА могут выполнять миссии в условиях, в которых трудно ориентироваться, например, в густом лесу. Его работа спонсируется исследовательской инициативой многопрофильного университета ONR, посвященной беспилотным автономным полетам.
Посмотрите видео об исследованиях Лентинка: