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 дронов, роботов и беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) на основе биологических материалов, которые представляют интерес для ВМС США и Корпуса морской пехоты.При поддержке Управления военно-морских исследований (ONR) исследователи из Стэнфордского университета нашли новый способ точного измерения вихрей — круговых моделей вращающегося воздуха, — создаваемых крыльями птиц во время полета.
Результаты проливают свет на то, как эти существа обладают достаточной подъемной силой, чтобы летать.«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, менеджер программы ONR, курирующий исследования. «Мы можем узнать, что происходит на самом деле — биологию и физику — и применить это для создания беспилотных летательных аппаратов, способных перемещаться в сложных условиях, например, под густым пологом леса или через городские каньоны».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 (одну тысячную миллиметра).
Когда Оби махал через поле, тонкие частицы тумана двигались вокруг его крыльев и были сфотографированы сверхскоростными камерами, создавая новую картину вихрей, движущихся вслед за летающим животным. Исследователи из Стэнфорда взяли эти данные и объединили их с измерениями, полученными с другого инструмента, платформы аэродинамических сил, изобретенной в лаборатории Лентинка при поддержке ONR.«Платформа представляет собой сверхчувствительные весы, которые измеряют силу, создаваемую при взлете птицы в специально разработанной полетной камере», — сказал Лентинк, доцент кафедры машиностроения.
Затем исследователи применили каждую из трех преобладающих моделей к этим новым измерениям несколько раз. В каждом случае существующие модели не смогли спрогнозировать фактический подъем попугаев.Проблема в том, что давно существующие модели основаны на исторических измерениях, выполненных с несколькими взмахами крыльев позади летающего животного, что приводит к предсказаниям, что вихри крыльев остаются относительно замороженными с течением времени — как пухлые облака, которые образуются и медленно рассеиваются в кильватере самолета. Однако исследование Лентинка показывает, что вихри крыльев птиц на самом деле распадаются внезапно и резко, за два-три удара.
«В течение долгого времени инженеры обращались к литературе по полетам на животных, чтобы увидеть, как можно 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 непосредственно измеряет подъемную силу, может способствовать таким улучшениям».Дальнейшие этапы исследований Лентинка будут включать применение его новой модели подъемника для изучения того, как крылатые дроны и БПЛА могут выполнять миссии в сложных для навигации средах, таких как густые леса.
Его работа спонсируется мультидисциплинарной университетской исследовательской инициативой ONR, посвященной беспилотным автономным полетам.Посмотрите видео об исследовании Lentink: https://www.youtube.com/watch?v=OSAdkAI3hgc