-
Problemy z turbulencjami stanowią wyzwanie dla dronów, dlatego australijscy naukowcy zainspirowali się zdolnościami sokoła do stabilnego lotu.
-
Zbudowano robotyczną pustułkę, aby dokładnie analizować ruchy skrzydeł i ogona oraz ich wpływ na stabilność dronów w trudnych warunkach.
-
Badacze planują opracować systemy pozwalające dronom szybciej reagować na zmiany wiatru, wykorzystując zasady działania pustułek.
-
Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej serwisu, otwiera się w nowym oknie
Niewielkie drony są dziś wykorzystywane do fotografii, monitorowania upraw, tworzenia map, akcji ratowniczych czy dostarczania przesyłek. Ich największym ograniczeniem pozostaje jednak pogoda. Silne podmuchy wiatru i turbulencje mogą całkowicie uniemożliwić lot, a prognozy wskazują, że wraz ze zmianami klimatu takie warunki będą występowały coraz częściej.
Zespół z australijskiego RMIT University oraz brytyjskiego University of Bristol uznał, że zamiast opracowywać kolejne rozwiązania od podstaw, warto sprawdzić, jak z tym problemem poradziła sobie natura. Wybór padł na pustułkę australijską (Falco cenchroides), niewielkiego sokoła, który potrafi niemal nieruchomo zawisać w powietrzu mimo gwałtownych podmuchów charakterystycznych dla australijskiego klimatu.
Obserwowali żywego ptaka, zbudowali jego kopię
Badacze najpierw analizowali zachowanie żywych pustułek w jednym z największych tuneli aerodynamicznych w Australii. Dzięki systemowi rejestracji ruchu mogli bardzo dokładnie śledzić, jak ptaki reagują na zmieniające się podmuchy wiatru.
Kolejnym krokiem było zbudowanie robotycznej pustułki. Mechaniczna konstrukcja potrafi odtwarzać najważniejsze ruchy skrzydeł i ogona, dzięki czemu naukowcy mogli mierzyć siły działające podczas lotu i sprawdzać, które manewry rzeczywiście odpowiadają za wyjątkową stabilność.
„Ptaki nie polegają na jednej reakcji na porywy wiatru. Nieustannie dostosowują położenie skrzydeł i ogona, a naturalna elastyczność piór i stawów pomaga im absorbować nagłe zmiany przepływu powietrza. Potrafią też bardzo szybko wyczuwać zaburzenia, dzięki czemu niemal natychmiast odzyskują kontrolę nad lotem” – wyjaśnia Matt Penn z RMIT, współautor badań.
Sekret tkwi w wielu drobnych korektach
Eksperymenty pokazały, że nie istnieje jeden ruch odpowiadający za stabilny lot. Pustułka przez cały czas wykonuje wiele niewielkich korekt, jednocześnie zmieniając ułożenie skrzydeł i ogona. Taka współpraca obu elementów zwiększa siłę nośną, a jednocześnie ogranicza niepożądane kołysanie podczas zawisu.
„Budując robotyczną kopię ptaka, mogliśmy dokładnie zmierzyć, jak poszczególne ruchy wpływają na stabilność lotu. Odkryliśmy kilka rozwiązań, które mogą poprawić zwrotność niewielkich statków powietrznych mierzących się z podobnymi wyzwaniami” – mówi Mario Martinez Groves-Raines, obecnie pracujący w Royal Veterinary College w Londynie.
Badacze zwracają uwagę, że współczesne drony wykorzystują już niektóre metody przypominające rozwiązania stosowane przez ptaki. Zwykle są one jednak wdrażane w ograniczonym zakresie, ponieważ większa liczba ruchomych elementów oznacza bardziej skomplikowaną konstrukcję, wyższe koszty i większe zużycie energii.
Kolejny cel: nauczyć drony „wyczuwać” wiatr
Naukowcy chcą teraz pójść o krok dalej i zbadać nie tylko mechanikę lotu pustułek, ale również sposób, w jaki odbierają one informacje z otoczenia. Ptaki potrafią wykrywać nawet niewielkie zaburzenia przepływu powietrza i reagować na nie niemal natychmiast.
Jeżeli podobne rozwiązania uda się przenieść do systemów sterowania, przyszłe drony będą mogły sprawniej latać w trudnych warunkach pogodowych i rzadziej pozostaną na ziemi z powodu silnego wiatru. Badacze liczą również, że uproszczone wersje tych technologii będzie można w przyszłości wykorzystać także w większych statkach powietrznych.
„To badanie pokazuje, jak wiele można osiągnąć, gdy inżynierowie szukają inspiracji w naturze. Nasze wyniki otwierają nowe możliwości projektowania samolotów lepiej radzących sobie z turbulencjami” – podsumowuje Abdulghani Mohamed z RMIT.