Vliegen kunnen ons veel leren over luchtvaart dat niet kan worden geleerd door het bestuderen van vliegtuigen met vaste vleugels. Voor jaren, er was weinig bekend over de werking van insectenvluchten, toch zijn ze 's werelds oudste groep vliegeniers, soms genoemd straaljagers van de natuur . Je hebt misschien gehoord dat hommels niet kunnen vliegen volgens conventionele aerodynamica. Dat komt omdat de principes achter vliegen met insecten heel anders zijn dan die achter vliegtuigvluchten met vaste vleugels.

"Ingenieurs zeggen dat ze kunnen bewijzen dat een hommel niet kan vliegen, " zei Michael Dickinson , een bioloog aan de Universiteit van Californië, Berkeley. "En als je de theorie van vliegtuigen met vaste vleugels toepast op insecten, je berekent wel dat ze niet kunnen vliegen. Je moet iets anders gebruiken."

Dickinson maakt deel uit van het Micromechanical Flying Insect (MFI) Project, die kleine vliegende robots ontwikkelt die gebruik maken van de vliegprincipes van insecten. Het project is in samenwerking met DARPA. Het MFI-project stelt een robotinsect voor dat ongeveer 10 tot 25 millimeter (0,39 tot 0,98 inch) breed is, die veel kleiner is dan de DARPA-limiet van 15 cm, en zal flapperende vleugels gebruiken om te vliegen. Het doel van het project is om de vlucht van een bromvlieg na te bootsen.

Als u het artikel Hoe vliegtuigen werken leest, je weet dat vliegtuigen lift genereren doordat de lucht sneller over de bovenkant van de vleugel gaat dan langs de onderkant van de vleugel. Dit heet steady-state aerodynamica . Hetzelfde principe kan niet worden toegepast op vliegen of bijen, omdat hun vleugels constant in beweging zijn.

"In tegenstelling tot vliegtuigen met vaste vleugels met hun stabiele, bijna onzichtbaar (zonder viscositeit) stromingsdynamiek, insecten vliegen in een zee van draaikolken, omringd door kleine draaikolken en wervelwinden die ontstaan ​​als ze hun vleugels bewegen, " zei Z. Jane Wang , een natuurkundige aan de Cornell University's College of Engineering. Een eddy is een draaikolk van lucht die wordt gecreëerd door de vleugel, en de lucht in de wervelstroom stroomt in de tegenovergestelde richting van de hoofdstroom van lucht.

De draaikolken die door insectenvleugels worden gecreëerd, houden de insecten omhoog. De groep van Dickinson schetst deze drie principes om uit te leggen hoe insecten omhoog komen en in de lucht blijven:

• Vertraagde kraam - Het insect zwaait zijn vleugel naar voren met een hoge aanvalshoek, onder een steilere hoek door de lucht snijden dan een typische vliegtuigvleugel. Bij zulke steile hoeken, een vliegtuig met vaste vleugels zou afslaan, lift verliezen en de hoeveelheid weerstand op de vleugel zou toenemen. Een insectenvleugel zorgt voor een toonaangevende vortex die op het oppervlak van de vleugel zit om lift te creëren.
• Roterende circulatie - Aan het einde van een beroerte, de insectenvleugel draait achteruit, backspin creëren die het insect optilt, vergelijkbaar met de manier waarop backspin een tennisbal kan optillen.
• Wakker vastleggen - Terwijl de vleugel door de lucht beweegt, het laat draaikolken of wervelingen van lucht achter. Wanneer het insect zijn vleugel draait voor een terugslag, het snijdt in zijn eigen kielzog, genoeg energie op te vangen om zichzelf omhoog te houden. Dickinson zegt dat insecten uit het kielzog kunnen worden opgetild, zelfs nadat de vleugel is gestopt.

"Het zou echt gaaf zijn als we deze mechanismen zouden kunnen exploiteren, te, door een insectenrobot te bouwen. Maar je kunt ze nu niet bouwen op basis van bekende principes -- je moet het probleem fundamenteel heroverwegen, " zei Dickinson. In het volgende gedeelte, je leert hoe onderzoekers deze principes toepassen en toepassen op de creatie van vliegende robotinsecten.

Robobugs bereiden zich voor op de vlucht

Er zijn ten minste twee door DARPA gefinancierde MAV-projecten die zijn geïnspireerd op de principes van insectenvliegen. Terwijl Michael Dickinson het micromechanische vliegende insect maakt in Berkeley, Robert Michelson , een onderzoeksingenieur aan het Georgia Institute of Technology, werkt aan de Entomopter . Laten we beide projecten eens nader bekijken.

Entomopter

In juli 2000, het United States Patent Office heeft een patent toegekend aan Georgia Tech Research Corporation voor Michelsons uitvinding van de Entomopter, ook wel genoemd multimodaal elektromechanisch insect . De Entomopter wordt ontworpen voor mogelijke indoor operaties, volgens U.S. Patent Nummer 6, 082, 671. Het zal de strijd van een insect nabootsen door met zijn vleugels te klapperen om lift te genereren. In aanvulling, onderzoekers bestuderen manieren waarop de Entomopter door gangen en ventilatiesystemen kan navigeren en onder deuren kan kruipen.

Laten we eens kijken naar de basisonderdelen van de Entomopter:

• romp - Net als in grotere vliegtuigen, dit is de romp van de machine en herbergt de krachtbron en de primaire brandstoftank. Alle andere onderdelen van de Entomopter zijn aan de romp bevestigd.
• Vleugels - Er zijn twee vleugels, voorkant en achterkant, die draaibaar zijn gekoppeld aan de romp in een X-configuratie. Deze vleugels zijn gemaakt van een dunne film. Stijve maar flexibele aderen zijn bevestigd aan de vleugels bij de kruising van de romp om de vleugels de curve te geven die ze nodig hebben om lift te genereren bij zowel de opwaartse als de neerwaartse slag.
• Heen en weer bewegende chemische spier (RCM) - Een compacte, niet-verbrandingsmotor is aan de vleugels bevestigd om een ​​klapperende beweging te creëren.
• Sensoren - Er zijn sensoren om vooruit te kijken, naar beneden en opzij.
• Camera - Het prototype mist een minicamera, maar de definitieve versie zou een camera of een olfactorische sensor kunnen dragen. Deze sensor zou geuren detecteren, en de Entomopter zou de geuren volgen naar hun punt van oorsprong.
• Oppervlakte stuurmechanisme: - Dit helpt bij navigatie wanneer de Entomopter wordt gebruikt in grondmissies.
• Benen/voeten - Ook wel genoemd oppervlakte locomotieven , deze onderdelen zorgen voor anti-roltraagheid en extra brandstofopslag.

De Entomopter wordt aangedreven door een chemische reactie. Een monostuwstof wordt in het lichaam geïnjecteerd, waardoor een chemische reactie ontstaat waarbij een gas vrijkomt. De gasdruk die zich opbouwt, duwt een zuiger in de romp. Deze zuiger is verbonden met de scharnierend gekoppelde vleugels, waardoor ze snel fladderen. Een deel van het gas wordt afgevoerd via ventilatieopeningen in de vleugel en kan worden gebruikt om de lift op beide vleugels te veranderen, zodat het voertuig kan draaien. Momenteel, de Entomopter heeft een spanwijdte van 25 cm. "De volgende stap is om het RCM-apparaat te verkleinen tot buggrootte, ' zei Michelson.

In een voertuig ter grootte van een huisvlieg, elk onderdeel moet meerdere taken uitvoeren. Bijvoorbeeld, een radioantenne die aan de achterkant van het voertuig is bevestigd, kan ook dienen als stabilisator voor navigatie. De poten konden brandstof opslaan voor aanpassing van het gewicht en de balans van het voertuig tijdens de vlucht.

Micromechanisch vliegend insect