Recent onderzoek door Andres J. Goza van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign heeft relaties gevonden tussen frequenties en de passieve dynamiek die in het spel is wanneer voertuigen in de lucht of in het water bewegen om een ​​beter begrip te krijgen van hoe deze krachten kunnen worden gebruikt om de prestaties te verbeteren. Deze interactie tussen vloeistof en structuur op een heel basaal niveau begrijpen, zou kunnen helpen bij het ontwerpen van nieuwe vliegtuigen en onderzeeërs met een heel ander soort voortbeweging.

Van de trillingen van de achteruitkijkspiegel, net zoals je auto precies 70 mijl per uur haalt tot een gebouw dat instort wanneer, bij een aardbeving, het begint te trillen op een specifieke frequentie, er is onbenutte energie die kan worden aangewend voor voortstuwing. In recent onderzoek is Andres J. Goza, vond relaties tussen frequenties en de passieve dynamiek die in het spel is wanneer voertuigen in de lucht of in het water bewegen om een ​​beter begrip te krijgen van hoe deze krachten kunnen worden gebruikt om de prestaties te verbeteren.

Volgens Goza, assistent-professor bij de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, zijn werk is een poging om nieuwe bio-geïnspireerde voortstuwingsstrategieën te zoeken.

"Vissen zwemmen zeer efficiënt en vogels kunnen zeer efficiënt vliegen, dus hoe kunnen we die observaties gebruiken om echte paradigmaverschuivingen te informeren in de voortbewegingsstrategieën die we ontwikkelen, "zei hij. "Bijvoorbeeld, de vleugel van een vogel en de staart van een vis zijn flexibel en wanneer deze dieren vliegen of zwemmen, de lucht en het water om hen heen induceren passieve beweging.

"Een ander voorbeeld is wanneer lucht langs een vlag waait, het flapperen, het beïnvloedt de luchtbeweging eromheen, Goza zei. "Als we deze vloeistof-structuur interactie of vloeistof-structuur koppeling op een heel basaal niveau kunnen begrijpen, kunnen we het gebruiken om vliegtuigen en onderzeeërs te ontwerpen met een heel ander soort voortbeweging?"

Goza zei dat de snelheid van de lucht- of waterstroom rond het voertuig en de dichtheid van de materialen waaruit ze zijn gemaakt een rol spelen, zowel in de resonantie als in de passief opgewekte beweging.

"Wetenschappers hebben begrepen, buiten deze fluïdum-structuur interactie context, dat er een diepgaande respons is wanneer je een structuur of systeem op zijn resonantiefrequentie prikkelt, "Zei Goza. "Maar welke rol spelen deze passieve dynamieken, en kunnen we de structurele eigenschappen zo afstemmen dat de resonantiefrequentie van je systeem op een of andere manier betekenisvol is verbonden met de stroom - dat wil zeggen, aan de beweging die u voorschrijft?"

Een knelpunt in dit onderzoek was dat de standaarddefinitie van resonantiefrequentie ervan uitging dat de structuur zich in een vacuüm bevond. "Maar dat is het niet; het is in vloeistof en de vloeistof beïnvloedt wat die resonantiefrequentie is, ' zei Goza.

Bijgevolg, stap één was om een ​​begrip van resonantie te definiëren dat het effect van de vloeistof omvat.

"Een van de grote bijdragen van dit onderzoek was het ondubbelzinnig definiëren van deze resonantiefrequentie, en vervolgens bevestigen dat we over een breed scala aan verschillende parameters prestatievoordelen zien in de buurt van deze resonantiefrequentie, "zei hij. " Namelijk, als de structuur binnen deze stroom met een bepaalde frequentie klappert of beweegt, het leidt tot een verbetering van de stuwkracht."

Goza zei dat de grotere deiningsamplitudeberekeningen meer een afspiegeling zijn van het zwemmen van vissen. De resultaten gaven aan dat bij deze grotere amplituden, zowel resonante als niet-resonante mechanismen speelden een rol.

"Resonantie wordt gedefinieerd in termen van superkleine golvingen, maar we begrijpen dat vissen eigenlijk met grote amplitudes zwemmen, "Zei Goza. "We hebben de kloof overbrugd tussen het definiëren van wat resonantie betekent in deze kleine amplitude-instelling wanneer er een vloeistof aanwezig is, maar ook het feit omarmen dat vissen veel grotere emoties ondergaan. We hebben verbindingen gelegd met resultaten in het geval van kleine amplitude, vinden dat prestatievoordelen in de buurt van resonantie blijven bestaan, zelfs bij grote amplituden die daadwerkelijk relevant zijn voor biologische voortstuwing."

Afhankelijk van het regime, Goza zei, de piekstuwkracht ligt in de buurt van deze resonantiefrequentie die is geassocieerd met een kleine amplitude.

"De sleutel is, als je naar deze grote amplituden gaat, resonantie blijft een overheersende rol spelen. We ontdekten dat het begrip resonantie met een kleine lineaire amplitude geschikt was voor het voorspellen en begrijpen van deze pieken en stuwkracht in de meeste gevallen.

"Als deze passieve beweging nuttig kan zijn bij de voortbeweging, het kan de hoeveelheid energie die in het systeem wordt gestopt verminderen, "Zei Goza. "We kunnen deze passieve dynamiek benutten en ze de voortstuwing voor ons laten doen."

Goza zei dat een van de volgende fasen van dit onderzoek zal zijn om te kijken naar moderne actieve materialen die kunnen worden afgestemd om de juiste resonantiefrequentie te hebben om passieve dynamiek met de gewenste output te induceren.