211service.com
Flyget av Dragonfly Robots
En dag hoppas den amerikanska militären kunna använda små flygande robotar, utrustade med kameror och sensorer, för övervakning. Men sådana robotar skulle behöva kunna navigera runt hinder, bära vikt och vara tillräckligt effektiva för att flyga under långa perioder. En grupp forskare tror att nyckeln till att göra en sådan robot kan ligga i trollsländan.
Slå vingar: Forskare vid University of Ulm använde en robottrollslända – cirka 10 centimeter lång – nedsänkt i vätska för att mäta luftkrafterna runt trollsländans flaxande vingar. De gröna linjerna runt motorn är lasrar som reflekteras av luftbubblor, vilket indikerar de aerodynamiska lyftkrafterna som skapas av vingarna.
Trollsländor är en av få varelser som använder fyra oberoende kontrollerade vingar för att flyga, vilket gör att de kan sväva, pila, glida, gå bakåt och ändra riktning snabbt. För att förstå sådana förmågor har forskare vid Royal Veterinary College i England och University of Ulm i Tyskland utvecklat en robottrollslända för att mäta strömflödena över och under vingarna vid olika klaffcykler. Även om de flesta scenarierna för svävande trollslända inte var effektiva, fann teamet att om de nedre vingarna slår något före de översta vingarna, visar sig den dubbla uppsättningen vingar vara mer effektiva när det gäller att generera lyft, och använder 22 procent mindre kraft för att lyfta samma vikt som ett enda par.
Den specifika fördelen du får i fyra vingar är manövrerbarheten och förmågan att plocka saker ur luften och sväva och pila runt, säger Jonathan hur , en professor vid MIT som arbetar med flygande robotar men inte var involverad i trollsländeprojektet. Det skulle verkligen vara fantastiskt om vi kunde bygga något som kom i närheten av den prestationsnivån. Om du kan uppnå samma lyft med lägre effekt är det till hjälp.
Trots deras potentiella fördelar har små flygande robotar som efterliknar trollsländornas smidighet inte gjorts framgångsrikt, delvis på grund av komplexiteten i aerodynamiken runt fyra vingar, och även på grund av tillverkningsproblem som är involverade med små flygmaskiner. Studier av vingrörelser och luftstyrkor som avslöjar hur trollsländor uppnår sin smidighet kan dock göra det möjligt för robotister att så småningom bygga kapabla, snabba flygblad som använder fyra vingar.
Multimedia
Se en robottrollsländas vingrörelse när den är nedsänkt i olja.
För att mäta luftströmmarna sänkte Ulm-forskarna ner robotsländan i en tank fylld med mineralolja och pepprad med luftbubblor. Två gröna lasrar kombinerades och reflekterades av luftbubblorna när en höghastighetskamera tog bilder med 10 till 20 millisekunders mellanrum. Genom att jämföra bilder beräknade forskarna flödesriktningen för regioner i tanken.
När det gäller fyrvingade kontra tvåvingade system för ett biomimetiskt mikroluftfordon är det en avvägning, säger Fritz-Olaf Lehmann , en forskare vid University of Ulm som arbetade med studien. Med ett fyrvingssystem är nackdelarna behovet av ett extra styrsystem och extra kraft. Ett system med två vingar måste dock innehålla sätt att ändra vinkeln, amplituden och frekvensen för vingarna som flaxar för att ändra lyft, säger Lehmann. Omvänt kan man med fyra vingar bara flytta fram det ena flygsystemet mot det andra, och sedan ändrar man hissproduktionen, säger han. Jag tror att det gör det mycket lättare att bygga ett mikroflygfordon.
När man skapar ett autonomt mikroluftfordon, räknas varje liten del av effektiviteten, säger man Robert Wood , en professor vid Harvard University som har utvecklat några av de minsta flygande robotarna . Du kan argumentera att om du har ett fyrvingat fordon har du mer [kontroll] för att hjälpa dig att stabilisera, säger han.
Michael Dickinson , en professor vid Caltech som arbetar med att förstå och efterlikna flugflykt, säger att intresset för trollsländor växer och att Lehmann-tidningen inte är den första som innehåller denna typ av analys utan en i en sluss av papper. Även om studien kan bidra till förståelsen av den subtila aerodynamiken hos fyrvingad flygning, påpekar Dickinson att forskare fortfarande måste utveckla ett bättre, lättare batteri som driver fordonet och gör ett effektivt kontrollsystem.