שני זוגות הכנפיים נפגשים בכל פעם שהם מתנופפים. (הסופר מסופק) פיתחנו ארבע כנפיים רובוטים דמויי ציפורים , הנקראים אורניתופטרים, שיכולים להמריא ולעוף בזריזות של סופות, יונקי דבש וחרקים. עשינו זאת על ידי הנדסה לאחור של האווירודינמיקה והביומכניקה של היצורים האלה.
לאורניתופטרים שלנו יש את הפוטנציאל להתעלות ולתמרן על תצורות רחפנים קיימות עם כנפיים או מדחפים סטטיים.
מה הם אורניתופטרים?
אורניתופטרים הם מכונות מעופפות המבוססות על עיצוב של ציפורים. תצורות רחפנים קיימות מסתמכות על מדחפים וכנפיים סטטיות. אורניתופטרים מנפנפים בכנפיים כדי ליצור דחף קדימה. הקשר המורכב בין אווירודינמיקה לתנועות כנפיים מאפשר לציפורים ולחרקים לעוף בדרכים בלתי אפשריות עבור מל'טים קונבנציונליים.
למה אנחנו רוצים אורניתופטרים?
אורניתופטרים טסים בצורה שונה ממל'טים רגילים. הם יכולים לגלוש, לרחף ולבצע אווירובטיקה. במצבים שונים, הם יכולים לחסוך באנרגיה על ידי טיסה כמו מטוס רגיל או לבחור לרחף. הם יכולים להמריא ולנחות באיטיות במקומות צרים, אך עלולים להמריא במהירות כלפי מעלה להתיישב כמו ציפור.
מזל'טים נוכחיים מרובי-רוטורים מרחפים יפה מאוד, אבל משתמשים אפילו יותר באנרגיה בטיסה קדימה מאשר בריחוף, כך שהם לא באמת יכולים לנסוע רחוק. מל'טים עם כנף קבועה יכולים לנסוע ביעילות במהירויות גבוהות, אבל ריחוף אינו אפשרי בדרך כלל מבלי לפגוע בעיצוב כולו. יש מושגים היברידיים, בדרך כלל עם כנפיים ורוטורים. מטוסים היברידיים מבצעים ביצועים גרועים בעת ריחוף ושיוט בהשוואה לעיצובים אחרים, בשל משקל נוסף וגרר עקב יותר חלקים.
כנפיים מתנפנפות הן הפתרון המקורי של הטבע לצורך לעוף במהירות ובאיטיות, כמו גם לנחיתה והמראה מכל מקום. עבור ציפור או חרק, כל חלק של המערכת משמש לטיסת ריחוף ושיוט, ללא נשיאת דחפים מיותרים או כנפיים נוספות.
מל'טים קיימים עם כנפיים קבועות וכנפיים סיבוביות מובנים היטב עד שהעיצובים קרובים כעת לגבולות היעילות שלהם. הוספת כל דבר חדש כרוכה במחיר להיבטים אחרים של ביצועים.
באופן עקרוני, אורניתופטרים מסוגלים למשימות מורכבות יותר ממטוסים רגילים, כמו טיסה למרחקים ארוכים, ריחוף לפעמים ותמרון במקומות צרים. אורניתופטרים פחות רועשים ובטוחים יותר לשימוש בקרב בני אדם, בגלל שטח הכנפיים הגדול שלהם ופעימות כנפיים איטיות.
איך מייצרים אורניתופטר עובד?
אורניתופטר היא מערכת מורכבת ביותר. עד כה, מל'טים מתנפנפים בכנפיים עפו לאט ולא היו מסוגלים להשיג את המהירות והכוח הנדרשים לאירובטיקה אנכית או ריחוף מתמשך.
האורניתופטרים המעטים הזמינים מסחרית מיועדים לטיסה קדימה. הם מטפסים לאט כמו מטוס בעל עוצמה נמוכה, ואינם יכולים לרחף או לטפס אנכית.
העיצוב שלנו שונה בכמה מובנים.
הבדל אחד הוא שהאורניתופטרים שלנו עושים שימוש באפקט 'מחוא כפיים והעיף'. שני זוגות הכנפיים מתנופפים כך שהם נפגשים, כמו ידיים מוחאות כפיים. זה עושה מספיק דחף נוסף כדי להרים את משקל הגוף שלהם בעת ריחוף.
(הסופר מסופק)
שיפרנו את היעילות על ידי כוונון ציר הכנף/גוף כדי לאגור ולהחזיר את האנרגיה של הכנף הנעה כאשר הכנפיים משנות כיוון, כמו קפיץ. גילינו גם שרוב אובדן האנרגיה קרה בגלל שהגלגלים התכופפו תחת העומס של הנעת הכנף. פתרנו את זה עם מיסבים זעירים ועל ידי ארגון מחדש של צירים בתיבת ההילוכים כדי לשמור על מרווח גלגלי השיניים בצורה נכונה.
הזנב הגדול, הכולל הגה ומעלית, יוצר כוח סיבוב רב. זה מאפשר תמרונים אווירובטיים אגרסיביים ומעבר מהיר מטיסה אופקית לאנכית.
המערכת תוכננה כך שתהיה מסוגלת להרים את האף כלפי מעלה, ולהגדיל במהירות את זווית ההתקפה שלה עד לנקודה שבה הכנף אינה מייצרת עילוי, תופעה הנקראת 'תיק דינמי'.
עצירה דינמית יוצרת גרר רב, והופך את הכנף למצנח כדי להאט את המטוס. זה יהיה לא רצוי ברחפנים רבים, אבל היכולת להיכנס למצב זה ולהתאושש במהירות מוסיפה ליכולת התמרון. זה שימושי כאשר פועלים בסביבות עמוסות או נחיתה על מוט.
מדביקים את האבולוציה
אחד הממצאים העיקריים של עבודתנו היה שאורניתופטר מעשי עשוי להשיג יעילות דומה למטוס מונע מדחף. מספר התנהגויות התאפשרו עבור האורניתופטר לאחר ששוחרר כוח נוסף.
זה באמת הראה שאופטימיזציה של מנגנון הטיסה הוא המפתח להפיכת תכנוני המטוסים החדשים הללו לבת קיימא. כעת אנו פועלים להשתמש בעיצובי כנפיים שהועתקו מהטבע. אנו מקווים לשיפורים גדולים לא פחות.
במובנים מסוימים, רווחי יעילות כה גדולים משינויי עיצוב במערכות החדשות הללו לא צריכים להיות מפתיעים. אורגניזמים מכונפים עברו מיטוב על ידי האבולוציה במשך מאות מיליוני שנים. אנחנו, בני האדם, עוסקים בזה פחות מ-200 שנה. 
ג'וואן צ'הל , יו'ר משותף של קבוצת DST למערכות חיישנים, אוניברסיטת דרום אוסטרליה .
מאמר זה פורסם מחדש מ השיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי .