Het onbemande vliegtuig dat bekend staat als drones, gebruikt door hobbyisten, onderzoekers en de industrie om luchtfoto's te maken en andere taken uit te voeren, worden steeds populairder - en kleiner. Maar die miniaturisering, die drones heeft voortgebracht die in iemands handpalm passen, begint tegen de wetten van de fysica aan te lopen.

Draaiende rotorbladen zoals die van een helikopter kunnen slechts zo ver worden verkleind voordat luchtwrijving de liftkracht inhaalt, waardoor de kleine motoren oververhit raken en falen. Daarom ingenieurs, in een poging om kleine drones te ontwikkelen die op een dag aardgaspijpleidingen kunnen controleren op lekken of zelfs tussen bloesems kunnen schieten om gewassen te bestuiven, zijn steeds meer geïnteresseerd in de fladderende vleugelvlucht van zwevende insecten.

De natuur heeft gesuggereerd wat wetenschappers in theorie beginnen te begrijpen:"Flappende vleugels kunnen bijna voor onbepaalde tijd kleiner worden" en toch voldoende liftkracht produceren, zei Mark Jankauski, assistent-professor bij de afdeling Mechanische en Industriële Techniek aan het Norm Asbjornson College of Engineering van de Montana State University.

Maar het creëren van kunstmatige versies van de ingewikkelde ontwerpen van de insecten is een andere zaak. Dat komt omdat de precieze mechanica van klapperende vleugels nog steeds slecht begrepen wordt, volgens Jankauski, die gespecialiseerd is in het vak.

Nutsvoorzieningen, ondersteund door een driejarige subsidie ​​van $ 370, 000 van de National Science Foundation, Jankauski leidt een project om de fysica van fladderende vluchten op nieuwe manieren in kaart te brengen. inclusief met efficiëntere analytische modellen die het proces van het ontwerpen van de vleugels drastisch zouden kunnen vereenvoudigen.

"Er is nog veel werk aan de winkel voordat (fladderende vleugels) een levensvatbare technologie zijn voor een toepassing, "Zei Jankauski. "Dit is een startpunt."

Jankauski's partner bij het project, MSU universitair docent werktuigbouwkunde Erick Johnson, is gespecialiseerd in de computermodellen die simuleren hoe structuren zoals vleugels interageren met vloeistoffen, inclusief lucht. Het gedrag van flexibele, klapperende vleugels is uiterst complex, hij zei.

"Mijn modellen hebben dagen of weken nodig om te draaien" op een gemiddelde computer, zei Johnson. Ter vergelijking, de modellen die de onderzoekers ontwikkelen "bijna onmiddellijk, " hij zei, eraan toevoegend dat "het een fascinerend veld is om in te zijn."

Om dat te bereiken, moeten benaderingen worden gevonden voor de gecompliceerde vergelijkingen die anders door de computermodellen zouden worden gekraakt. Om dat te doen, Jankauski en Johnson zullen gedetailleerde metingen doen van de daadwerkelijke klapperende vleugels.

In hun laboratorium, de onderzoekers hebben een apparaat dat precies vleugelreplica's kan buigen om gedetailleerde geometrische kaarten te maken van hoe de vleugels reageren op verschillende krachten. Ze zullen ook experimenteren met andere testbanken die de vlucht van vliegende insecten nabootsen en meten, volgens Jankauski.

Uiteindelijk, Met de nieuwe modellen kunnen ontwerpers duizenden mogelijke vleugelontwerpen overwegen en snel feedback krijgen over welke het beste kunnen dienen om kleine drones op te tillen en te manoeuvreren. De modellen kunnen ook worden gebruikt om de vlucht van drones te controleren door te berekenen, bijvoorbeeld, de benodigde vleugelspits of slagsnelheid, volgens Jankauski.

Het project zal ook bijdragen aan een groeiend wetenschapsgebied dat de buitengewone kenmerken van biologische vliegers meer in het algemeen onderzoekt. "Er is een absolute schat aan kennis over de wereld te verkrijgen door de studie van insecten en hoe ze omgaan met hun omgeving, ' zei Jankauski.