Skrzydła inspirowane kolibrami dokładnie sprawdzą kierunek wiatru

Skrzydła inspirowane kolibrami rewolucjonizują kontrolę lotu robotów dzięki precyzyjnemu wykrywaniu wiatru.

Naukowcy z Instytutu Nauki w Tokio naśladowali błyskotliwość natury, aby poprawić kontrolę lotu robotów. Zainspirowani receptorami u ptaków i owadów, opracowali metodę wykrywania kierunku wiatru z 99% dokładnością przy użyciu biomimetycznych trzepoczących skrzydeł wyposażonych w czujniki napięć. Projekt obiecuje bardziej adaptacyjne i responsywne roboty powietrzne zdolne do rozwoju w różnych warunkach wietrznych.

Latające stworzenia polegają na mechanicznych receptorach w skrzydłach, które wyczuwają naprężenia, umożliwiając dostosowanie się do wiatru i zmian środowiskowych w czasie rzeczywistym. Naśladując mechanizm, zespół kierowany przez profesora nadzwyczajnego Hiroto Tanakę zaprojektował elastyczne skrzydła przypominające te u kolibrów. Integrując siedem tensometrów i wykorzystując konwolucyjną sieć neuronową (CNN) do analizy danych, osiągnęli niezwykłą dokładność w wykrywaniu kierunku wiatru.

Naukowcy przetestowali skrzydła w tunelu aerodynamicznym, wystawiając je na działanie słabego wiatru o prędkości 0,8 m/s pod różnymi kątami. Ich model CNN sklasyfikował kierunki wiatru z 99,5% dokładnością w pełnym cyklu trzepotania. Nawet przy zmniejszonej długości danych wynoszącej 0,2 cyklu, dokładność pozostała na wysokim poziomie 85,2%. Włączenie biomimetycznych wałów skrzydeł dodatkowo poprawiło wydajność, pokazując, jak projekt inspirowany naturą poprawia funkcjonalność.

Innowacja ma ogromny potencjał wykraczający poza robotykę. Może zoptymalizować wydajność turbin wiatrowych lub wpłynąć na technologię noszenia poprzez naśladowanie naturalnych mechanizmów sprzężenia zwrotnego. Inne innowacje inspirowane biologią, takie jak kleje inspirowane gekonami i sonar naśladujący delfiny, również pokazują, w jaki sposób inżynieria inspirowana naturą rozwiązuje złożone wyzwania.

Technologia może znaleźć rozwiązanie w wielu branżach. W lotnictwie i kosmonautyce może poprawić stabilność dronów w trudnych warunkach, podczas gdy w energetyce odnawialnej może zoptymalizować wydajność turbin wiatrowych. Technologie ubieralne mogą integrować te funkcje w celu uzyskania lepszych informacji zwrotnych od użytkownika, a inżynieria lądowa może wykorzystywać je do monitorowania bezpieczeństwa strukturalnego w czasie rzeczywistym.

Integrując możliwości wykrywania naprężeń w biomimetycznych skrzydłach, naukowcy stworzyli system, który usprawnia lot robotów, jednocześnie otwierając drzwi do różnorodnych zastosowań. Jak zauważa profesor Tanaka: „Badanie to pogłębia nasze zrozumienie tego, w jaki sposób unoszące się ptaki i owady mogą postrzegać wiatr poprzez wykrywanie odkształceń, torując drogę dla przyszłych biomimetycznych robotów powietrznych”.

Szymon Ślubowski