От того, как вы сложите бумажный самолетик, может зависеть, насколько быстро или далеко он полетит. Многие люди приходят к наилучшим конструкциям путем проб, ошибок и, возможно, небольшой удачи. Бумажный самолетик может быть смоделирован на основе конструкции настоящего самолета или чего-то похожего на дротик. Но для инженеров из Швейцарского федерального технологического института Лозанны (EPFL) этот вопрос - не детская забава.
Новая статья, опубликованная на этой неделе в журнале Scientific Reports, предлагает строгий технический подход для проверки того, как геометрия складывания может влиять на траекторию и поведение этих прекрасных летающих объектов.
"Внешне простые "игрушки", они демонстрируют сложное аэродинамическое поведение, которое чаще всего упускается из виду", - пишут авторы. "При запуске возникают сложные физические взаимодействия между деформируемой бумажной структурой и окружающей жидкостью [воздухом], которые приводят к определенному полетному поведению".
Для изучения взаимосвязи между схемой складывания и полетом команда разработала роботизированную систему, которая может изготавливать, тестировать, анализировать и моделировать поведение бумажных самолетиков в полете. Этот робот-конструктор бумажных самолетиков (на самом деле это роботизированная рука с силиконовыми захватами) может выполнять весь процесс без участия человека.
Видео с роботом за работой. Obayashi et. al., Scientific ReportsВ этом эксперименте манипулятор бота сделал и запустил более 500 бумажных самолетиков 50 различных конструкций. Затем он использовал кадры с камеры, которая записывала полеты, чтобы получить статистику о том, как далеко пролетела каждая конструкция и каковы были характеристики этого полета.
Поведение в полете с нанесенными на карту путями. Obayashi et. al., Scientific ReportsВ ходе исследования, хотя бумажные самолетики не всегда летали одинаково, исследователи обнаружили, что различные формы можно разделить на три большие "поведенческие группы". Некоторые конструкции следуют по траектории пикирования носом, что, как вы понимаете, означает короткую дистанцию полета перед погружением в землю. Другие выполняют глиссаду, где они снижаются с постоянной и относительно контролируемой скоростью и покрывают большее расстояние, чем при пикировании носом. Третий тип - восстановительный глайд, при котором бумажное создание спускается стабильно, а затем выравнивается и остается на определенной высоте над землей.
"Используя точный и автоматизированный характер роботизированной установки, можно проводить крупномасштабные эксперименты для оптимизации дизайна", - отмечают исследователи. "Предлагаемый нами робот-конструктор может продвинуть наше понимание и исследование проблем проектирования, которые могут быть высоковероятностными, и в противном случае было бы сложно наблюдать какие-либо тенденции".
Когда они говорят, что проблема носит вероятностный характер, они имеют в виду тот факт, что каждая итерация конструкции может отличаться в полете при разных запусках. Другими словами, то, что вы каждый раз складываете бумажный самолетик одинаково, не гарантирует, что он полетит точно так же. Это понимание может быть применимо и к изменяющимся траекториям полета малых летательных аппаратов. "Разработка этих моделей может быть использована для ускорения реальной роботизированной оптимизации конструкции - для определения формы крыла, которое пролетит заданное расстояние", - пишут авторы.