Hoe Lasers En Een Bril-Dragende Papegaai Flying Robot-Ontwerpen Kunnen Helpen

{h1}

Een papegaai draagt ​​kleine, rood getinte bril en flappen door laserlicht in de lucht om computermodellen te testen die uitleggen hoe dieren vliegen - en laat zien dat er ruimte is voor verbetering.

Een nauwelijks zichtbare mist hangt in de lucht in een laboratorium in Californië, verlicht door een laser. En door het vliegt een papegaai, uitgerust met een paar kleine, rood getinte bril om zijn ogen te beschermen.

Terwijl de vogel zich een weg baant door de waterdeeltjes, genereren zijn vleugels ontwrichtende golven, sporenpatronen die wetenschappers helpen begrijpen hoe dieren vliegen.

In een nieuwe studie heeft een team van wetenschappers de deeltjessporen gemeten en geanalyseerd die werden geproduceerd door de proefvluchten van de bril-dragende papegaai en toonden aan dat eerdere computermodellen van vleugelbeweging niet zo nauwkeurig zijn als ze ooit dachten. Dit nieuwe perspectief op de vluchtdynamiek kan toekomstige vleugelontwerpen in autonome vliegende robots informeren, aldus de auteurs van het onderzoek. [Biomimicry: 7 slimme technologieën geïnspireerd door de natuur]

Wanneer dieren vliegen, creëren ze een onzichtbare "voetafdruk" in de lucht, vergelijkbaar met het kielzog dat een zwemmer achterlaat in water. Computermodellen kunnen deze luchtverstoringen interpreteren om de krachten te berekenen die nodig zijn om een ​​flyer omhoog te houden en deze vooruit te stuwen.

Een team van wetenschappers had onlangs een nieuw systeem ontwikkeld dat de luchtstroom uit de vlucht volgt op een ongekend detailniveau. Ze wilden hun verbeterde waarnemingen vergelijken met verschillende veelgebruikte computermodellen die zogmetingen gebruiken om de lift van vliegende dieren te schatten, om te zien of hun voorspellingen op schema zouden zijn.

Vlucht van de parrotlet

Voor de studie hebben de onderzoekers de hulp ingeroepen van een Pacifische parrotlet - een soort kleine papegaai - genaamd Obi. Obi is getraind om te vliegen tussen twee zitstokken die zich op ongeveer 1 meter afstand van elkaar bevinden, door een zeer fijne nevel van waterdruppeltjes, die worden verlicht door een laservel. De waterdeeltjes die de lucht uitzaaiden waren uitzonderlijk klein, "slechts 1 micron in diameter," zei studie auteur David Lentink, een assistent-professor in de machinebouw aan de Stanford University in Californië. (Ter vergelijking: de gemiddelde streng menselijk haar is ongeveer 100 micron dik.)

Obi's ogen werden beschermd tegen het laserlicht met een speciale bril: een 3D-geprint frame dat is uitgerust met lenzen gesneden uit een menselijke veiligheidsbril - hetzelfde type bril gedragen door Lentink en zijn team.

Toen de laser aan en uit schakelde - met een snelheid van 1000 keer per seconde - verspreidden de waterdruppeltjes het licht van de laser en maakten hogesnelheidscamera's die 1.000 beelden per seconde opnamen de sporen van verstoorde deeltjes terwijl Obi dwarrelde van baars tot baars.

Patronen getraceerd in deeltjes in de lucht stellen wetenschappers in staat de precieze bewegingen van de vleugel tijdens de vlucht te volgen.

Patronen getraceerd in deeltjes in de lucht stellen wetenschappers in staat de precieze bewegingen van de vleugel tijdens de vlucht te volgen.

Krediet: LentinkLab, Stanford University

De tests toonden iets onverwachts. Computermodellen voorspelden dat zodra de wervelende luchtpatronen - ook wel wervels genoemd - door de vleugels van een vogel werden gecreëerd, ze relatief stabiel in de lucht zouden blijven. Maar de patronen Obi traced begonnen uiteen te vallen nadat de vogel slechts een paar keer met zijn vleugels wipte.

"We waren verrast om de draaikolken te vinden die meestal in papieren en tekstboeken worden getekend, omdat mooie donutringen na twee tot drie vleugelslagen dramatisch uiteenliepen," vertelde Lentink WordsSideKick.com in een e-mail. Hij legde uit dat dit betekende dat de modellen, die op grote schaal worden gebruikt in diervluchtstudies om de lift van een dier te berekenen op basis van het ontwaakeffect, waarschijnlijk onnauwkeurig waren.

"Dankzij de opname met hoge snelheid hebben we dit kunnen vastleggen en afspelen in slow motion, zodat we met onze ogen konden zien hoe de wervelingen uit elkaar vallen en het moeilijk maken voor de modellen om lift goed te voorspellen," zei Lentink.. [In afbeeldingen: Drones nemen vlucht op Antarctica en de Noordpool]

De vluchtmodellen testen

De onderzoekers voerden hun eigen berekeningen uit over de hoeveelheid lift Obi gegenereerd uit zijn vleugelslagen met behulp van een apparaat dat het team van Lentink in 2015 ontwikkelde - een gesloten doos die is uitgerust met krachtsensoren die zo gevoelig zijn dat ze trillingen konden detecteren die werden geproduceerd door het ventilatiesysteem van het laboratorium, Zei Lentink in een verklaring.

Vervolgens testten ze drie verschillende modellen, waarbij ze de metingen van de luchtpatronen van Obi's vluchten inplugden en de liftschattingen van de modellen vergeleken met de eigen. De modellen leverden een reeks resultaten op - geen enkele kwam overeen met de berekeningen van de wetenschappers.

Begrijpen hoe vogels omhoog blijven, kunnen ingenieurs helpen bij het verbeteren van ontwerpen voor vliegende robots.

Begrijpen hoe vogels omhoog blijven, kunnen ingenieurs helpen bij het verbeteren van ontwerpen voor vliegende robots.

Krediet: LentinkLab, Stanford University

Het maken van betere modellen zal een belangrijke volgende stap zijn voor het bestuderen van de dierenvlucht, vertelde Lentink aan WordsSideKick.com. Video van een bezaaide Obi toonde aan dat zelfs de vleugelbewegingen van een traag vliegende parrotlet complexer zijn dan wetenschappers hadden verwacht. Er zijn waarschijnlijk nog meer variaties tussen soorten en dieren met verschillende vliegtechnieken, wat suggereert dat de huidige modellen sterk vereenvoudigd zijn, zo schreven de auteurs van het onderzoek. Door ze bij te werken, kunnen onderzoekers beter begrijpen hoe dieren vliegen, en kunnen ze ingenieurs helpen bij het verbeteren van vliegende robots - veel ervan bootsen de aangedreven vlucht van dieren na.

"Veel mensen kijken naar de resultaten in de dierenvluchtliteratuur om te begrijpen hoe robotvleugels beter kunnen worden ontworpen," zei Lentink in een verklaring."Nu hebben we laten zien dat de vergelijkingen die mensen hebben gebruikt niet zo betrouwbaar zijn als de gemeenschap hoopte dat ze waren. We hebben nieuwe studies nodig, nieuwe methoden om dit ontwerpproces veel betrouwbaarder te informeren."

De bevindingen werden online gepubliceerd op 5 december in het tijdschrift Bioinspiration and Biomimetics.

Oorspronkelijk artikel op WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com