Symulator lotu

W Sekcji Archeo w Pulsarze prezentujemy archiwalne teksty ze „Świata Nauki” i „Wiedzy i Życia”. Wciąż aktualne, intrygujące i inspirujące.

Aby zaprojektować skrzydła mechaniczne, ludzie od dawna czerpią inspirację ze skrzydeł ptasich. Obecnie zespół matematyków podniósł takie bionaśladownictwo na zupełnie nowy poziom. Stosując druk 3D, otrzymano skrzydła o różnorakich kształtach, poddano je testom w laboratorium, a następnie zebrane dane wprowadzono do algorytmu symulującego ewolucję. Naukowcy stwierdzili, że skrzydła w kształcie łzy poruszają się najszybciej zarówno podczas trzepotania w powietrzu, jak i pływania.

Leif Ristroph, matematyk z należącego do New York University Courant Institute of Mathematical Sciences i główny autor badania, informuje, że jest to pierwszy przypadek zastosowania takich powiązanych ze sobą procesów w celu znalezienia kształtu skrzydła, który byłby optymalny dla szybkiego lotu.

Ristroph wyjaśnia, że dzięki szczególnym cechom kształtu łzy, skrzydło o takim kształcie jest szybsze niż jego konkurenci. Te cechy to widoczna z boku asymetria przodu i tyłu – zaokrąglony, gruby przód i smukły ogon. Cienka jak brzytwa krawędź przypomina ptasie skrzydło, którego grubość zazwyczaj wynosi tyle, ile grubość pojedynczego pióra. W pracy, którą opublikowano w styczniu w czasopiśmie „Proceedings of the Royal Society A” (2019), naukowcy twierdzą, że skrzydła ptaków ewoluowały tak, aby osiągnąć jak najmniejszą grubość.

Ristroph i jego współpracownicy wydrukowali w 3D pierwszą „generację” 10 plastikowych skrzydeł, po czym przymocowali każde skrzydło do poziomego pręta z silnikiem, który poruszał je w wodzie w górę i w dół, a następnie zmierzyli prędkość pływania i wywnioskowali z tego prędkość lotu. Ristroph opowiada, że przetestowano różne kształty, w tym takie, jakie mają konwencjonalne skrzydła samolotu, a także spłaszczone kule i skrzydła o strukturze orzecha.

Naukowcy wprowadzili dane o prędkości skrzydła do kodu ewolucyjnego, który opracował drugie pokolenie ośmiu „skrzydeł-córek”. Kształty szybszych skrzydeł częściej przenosiły się na następne pokolenie, ale kod zezwalał także na powstawanie „mutacji”, dzięki którym mogły powstawać nowe formy. Do drugiego pokolenia dodano także dwa najszybsze skrzydła pierwszego. Następnie proces druku w 3D oraz testy laboratoryjne powtórzono z drugim pokoleniem 10 skrzydeł. Ogółem naukowcy stworzyli 15 takich pokoleń. Najszybsze skrzydło – o kształcie łzy – powstało w 11. pokoleniu i przetrwało w kolejnych. Poprawy jego kształtu, jakie w kolejnych pokoleniach sugerował kod, były zbyt subtelne, aby je uwzględnić w druku 3D.

Geoffrey Spedding, inżynier lotniczy z University of Southern California, który nie brał udziału w badaniu, twierdzi, że „jest ono niezwykle interesujące”. Zauważa, że optymalne skrzydło przypomina „bardziej rybią płetwę”, co sprawia, że lepiej nadaje się do pływania lub poruszania obiektów do przodu niż do wznoszenia się, jak to ma miejsce w lotach samolotowych.

Dziękujemy, że jesteś z nami. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża wyselekcjonowane badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.