Was kleine Drohnen von Kolibris lernen können

Verbesserung der Gestaltung der weltweit kleinsten Drohnen könnte beginnen mit der Einnahme einen genaueren Blick auf eines der kleinsten Natur und effizienteste Flyer, der Kolibri.

In einer neuen Studie verglichen Forscher an der Stanford University Bio-Inspired Forschung und Design (Vogel) Lab den Flug von 12 verschiedenen Arten von Kolibri mit derjenigen einer Black Hornet Nano, eine der weltweit kleinsten Drohnen. Trotz der Spatz-Größe Überwachung Drohne extrem effizientes fliegen, kann nicht weiterhin das Beste aus der Kolibriarten getestet, Calypte Annaübereinstimmen, die Ergebnisse deuten darauf hin.

"Der Kolibri ist ein außergewöhnlicher Vogel." Es ist der einzige Vogel, der schwebt. Es hat so viel Macht", sagte der leitende Studie Forscher David Lentink, Assistant Professor für Maschinenbau an der Stanford University. [Bilder: schöne Kolibris der Welt]

Höhenflüge

Um herauszufinden, verwendet wie stark ein Kolibri wirklich ist, Lentink und sein Team einen mechanischen Standardansatz. Diese Methode misst die verschiedenen Mechanismen, die Flug-Wirkungsgrade von geflügelten Tiere bestimmen. Das Tool bestehend bekannt als quasistationären Modell, aus zwei kleine Motoren, die getrockneten Kolibri Flügeln auf eine hohle Achse drehen.

Mit diesem Tool die Forscher Maßen des Lift (die Kraft, die gegen die Bewegung des Vogels Flügel) und Drehmoment (die Kraft, die bewirkt, die Flügel dass drehen) durch die Kolibri-Flügel mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Winkel erzeugt. [Sehen Sie einen Kolibri Take Flight in Slow-Motion - Video]

Die Forscher dann berechnet wieviel ziehen Sie die einzelnen Vogel Flügel erzeugt, als auch wie viel Energie ein Kolibri benötigt in der Luft zu schweben. Sie verglichen diese Berechnungen mit der Menge an ziehen durch die Black Hornet Rotorblätter erzeugt, als auch die Kraft für die Drohne zu schweben.

Lentink und sein Team festgestellt, dass der durchschnittliche Kolibri ebenso zu den winzigen Drohne führt, aber die Flügel einer Kolibriarten, Calypte Anna, 22 Prozent effizienter als die Drohne Rotorblätter waren. Dieses bemerkenswerten Vogels erzeugt mehr Auftrieb und weniger Luftwiderstand als die technischen klingen, effizientere am schweben in der Luft.

Was macht die Calypte Anna eine effiziente Flieger? Lentink sagte, dass es mit der Schlankheit des Vogels zu tun hat. Ist kein Zufall, dass die Kolibris mit dem dürftigsten Flügel auch die effizienteste Flieger sind, sagte er.

"Zum Beispiel, denkt man an ein Segel-Flugzeug, sie haben super-schlanke Flügel aus einem bestimmten Grund – sie können Schirm weiter. Und Hubschrauber haben super schlanke Klingen aus einem Grund – sie haben weniger Widerstand für die gleiche Menge des Aufzugs, "sagte Lentink.

Frühere Studien haben gefragt, ob Flügel-Seitenverhältnis, im wesentlichen Flügel Schlankheit für Flugeffizienz ankommt, aber Lentink, dass seine neue Forschung beweist sagte, dass Flügel Schlankheit wichtig ist und näherer Betrachtung rechtfertigt.

Mutter Naturs Entwürfe

Lentink beklagen nicht, dass die Natur immer noch die besten Flügel bauen kann. In der Tat, sagte er, die neue Studie ist eigentlich Grund zum feiern, vor allem bei den Ingenieuren, die diese kleinen Drohnen zu bauen.

"Wir haben die Technologie, um einen Flügel zu bauen, der so effizient wie ein Kolibri-Flügel ist," sagte Lentink Leben Wissenschaft. "Wir dachten immer, dass dies unerreichbar war. Jetzt, dass herausstellt wenn Sie das Design der besten Mikro-Helikopter draußen nehmen, kann sie gleichwertig zu der durchschnittlichen Kolibri durchführen. Es gibt noch Raum für Verbesserungen, aber es ist bemerkenswert, dass wir so nahe sind."

Und die Stanford-Studie wirft ein Licht auf, wie Ingenieure gehen können, über die Verbesserung der Flugeffizienz der kleinen Drohnen. Ingenieure wahrscheinlich zusätzliche Verbesserungen über einen näheren Blick auf die Schlankheit der Rotorblätter eine Drohne erreichen können, sagte Lentink.

"Kolibris können sehr gut fliegen in turbulenten Staub, und diese kleinen Hubschrauber sind sehr arm," sagte Lentink. "Kolibris haben auch eine erweiterte visuelle System. Fliegen sie durch Bäume, Unordnung. "sie sind sehr wendig."

Lentink und sein Team untersuchen noch die genauen Mechanismen, die Kolibris so geschickt bei der Durchführung dieser schwierige Manöver machen. Ihre zukünftige Forschung könnte nur Ingenieure das Design des kleinen Drohnen weiter verbessern helfen.

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