Переделанные крылья колибри могут вдохновить на создание новых беспилотников

Новые знания об анатомии колибри могут в скором времени изменить подход к созданию беспилотных летательных аппаратов.

Отредактировано 2023-25-06
Две колибри парят над розовым цветкомКолибри являются источником вдохновения для многих конструкций дронов.

Крошечные рамы колибри отбрасывают огромную тень на индустрию беспилотников и летательных аппаратов - их узнаваемые, точные маневры полета и зависания давно используются в качестве вдохновения для создания искусственных крыльев и других движителей. Однако, несмотря на их влияние, большая часть того, что известно о движении птиц, в основном, получена из наблюдений за полетной активностью как в реальной, так и в искусственной среде.

Эти сравнительно ограниченные знания были значительно расширены исследователями из Университета штата Пенсильвания, которые недавно "перепрограммировали" опорно-двигательную систему крыльев колибри, чтобы получить некоторые из лучших подробностей о движениях этих крошечных пернатых животных. Теперь богатая новая информация становится доступной для разработчиков следующего поколения беспилотников.

Для обоснования нового метода моделирования команда использовала комбинацию ранее существовавшей литературы по анатомии, данные моделирования вычислительной гидродинамики и движения крыльев, зафиксированные с помощью микротомографии и рентгеновских снимков. Затем они объединили эту обширную информацию с так называемым генетическим алгоритмом, программой оптимизации, основанной на эволюционных стратегиях, чтобы получить новое представление о некоторых из самых тонких аспектов полета колибри.

"Мы можем смоделировать все реконструированное движение крыла колибри, а затем смоделировать все потоки и силы, создаваемые хлопающим крылом, включая все давление, действующее на крыло", - сказал Бо Ченг, профессор машиностроения в Penn State, в заявлении университета в начале этого месяца.

Одно из главных открытий их новой системы моделирования заключается в том, что основные мышцы колибри, известные (серьезно) как "двигатели полета", не просто заставляют крылья хлопать взад и вперед. Вместо этого они двигают крыльями в трех разных направлениях - вверх-вниз, вперед-назад, а также скручивают или наклоняют их. Исследователи сравнили эти движения с напряжением основных мышц во время тренировки для улучшения ловкости и устойчивости.

"Они подтягивают крылья в направлениях тангажа и вверх-вниз, но сохраняют их свободными в направлениях назад-вперед, поэтому кажется, что крылья хлопают только вперед-назад, в то время как их силовые мышцы, или двигатели, на самом деле тянут крылья во всех трех направлениях", - объясняет Ченг. "Таким образом, крылья обладают очень хорошей маневренностью при движении вверх и вниз, а также при движении с поворотом".

Хотя все еще требуется дополнительное тестирование, команда уверена, что их наблюдения могут однажды положительно повлиять на будущие технологические разработки беспилотников, основанные на более точной биомимикрии колибри.