Η ερευνητική ομάδα δημιούργησε ένα τρισδιάστατα εκτυπωμένο μοντέλο φτερού γερακιού για δοκιμές στην αεροδυναμική σήραγγα του University of California, Davis. Με βάση δεδομένα καταγραφής κίνησης που συλλέχθηκαν στο University of Oxford, το μοντέλο που δοκιμάστηκε στη σήραγγα αέρα δείχνει πώς ένα Harris’s hawk μεταβάλλει την αεροδυναμική του σταθερότητα όταν πετά μέσα από ένα στενό άνοιγμα.

Οι ερευνητές λοιπόν διαπίστωσαν ότι όταν το γεράκι μαζεύει τα φτερά του, το σύστημα πτήσης του μεταβαίνει από μια ασταθή σε μια σταθερή κατάσταση. Στην αεροδυναμική, η αστάθεια κάνει ένα ιπτάμενο αντικείμενο πολύ ευέλικτο και ικανό για γρήγορους ελιγμούς, όπως συμβαίνει με τα μαχητικά αεροσκάφη. Αντίθετα, η σταθερότητα επιτρέπει στο όχημα να διατηρεί μια σταθερή πορεία πτήσης.

Καταγραφή κίνησης (Motion capture imaging)

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τεχνολογία motion capture στην αίθουσα πτήσεων του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης για να καταγράψουν σε βίντεο ένα γεράκι Harris την ώρα που “γλιστρούσε” στον αέρα πετώντας από ένα σημείο κουρνιάσματος σε ένα άλλο.

Τοποθέτησαν δύο μαλακούς στύλους κατά μήκος της διαδρομής πτήσης του, ώστε να δημιουργηθεί ένα στενό πέρασμα, ενθαρρύνοντας έτσι το πουλί να μαζέψει τα φτερά του καθώς περνούσε ανάμεσα τους, σύμφωνα με το σχετικό δελτίο Τύπου που εξέδωσαν.

Αφού ανέλυσαν το βίντεο, οι ερευνητές κατασκεύασαν μοντέλα των φτερών και της ουράς του γερακιού σε διαφορετικά στάδια του ελιγμού και τα δοκίμασαν στην αεροδυναμική σήραγγα της σχολής μηχανικών του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας (Ντέιβις).

Τα μοντέλα δημιουργήθηκαν με τρισδιάστατη εκτύπωση από ρητίνη, με την υποστήριξη του UC Davis Engineering Student Design Center.

Εξέλιξη της διαμόρφωσης φτερών και ουράς

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Journal of the Royal Society Interface, ανέλυσε την εξέλιξη των διαφορετικών διαμορφώσεων των φτερών και της ουράς ενός γερακιού Harris (Parabuteo unicinctus) κατά τη διάρκεια ενός ελιγμού, όπου το πουλί μαζεύει τα φτερά του ενώ γλιστρά ελεύθερα στον αέρα.

«Πειράματα σε αεροδυναμική σήραγγα με τρισδιάστατα εκτυπωμένα μοντέλα έδειξαν ότι οι διαμορφώσεις με τα φτερά μαζεμένα ήταν στατικά σταθερές, ενώ οι διαμορφώσεις με τα φτερά ανοιχτά παρουσίαζαν μη γραμμική σχέση μεταξύ της ροπής πρόνευσης (pitching moment) και της άντωσης», ανέφεραν οι ερευνητές στη μελέτη.

«Αυτή η μη γραμμικότητα επιτρέπει σε ορισμένες διαμορφώσεις να είναι είτε σταθερές είτε ασταθείς, ανάλογα με την κατάσταση της άντωσης, προσφέροντας μια πηγή ευελιξίας στην απόδοση της πτήσης που μέχρι σήμερα δεν έχει μελετηθεί επαρκώς», ανέφεραν οι ερευνητές.

Τα πουλιά ελέγχουν τον τρόπο πτήσης τους διαφορετικά από τα παραδοσιακά αεροσκάφη

Η ερευνητική ομάδα αποκάλυψε ότι τα γεράκια Harris συχνά κυνηγούν συνεργατικά, λειτουργώντας ως ομάδα. Πολλές φορές αναγκάζουν το θήραμα να βγει από την κρυψώνα του και πετούν ανάμεσα σε δέντρα και κάκτους.

Όπως τα περισσότερα πουλιά, μπορούν πολύ γρήγορα να μεταβαίνουν από πτήση ολίσθησης (gliding) σε μια στάση όπου μαζεύουν τα φτερά τους ώστε να αποφεύγουν εμπόδια.

Τα ευρήματα της μελέτης δείχνουν ότι τα πουλιά ελέγχουν την πτήση τους με διαφορετικό τρόπο από τα συμβατικά αεροσκάφη, καθώς τα αεροσκάφη συνήθως δεν μεταβαίνουν μεταξύ σταθερών και ασταθών καταστάσεων πτήσης με αυτόν τον τρόπο.

«Διαπιστώσαμε ότι το γεράκι μεταβαίνει από μια ασταθή διαμόρφωση με ανοιχτά φτερά σε μια σταθερή διαμόρφωση με μαζεμένα φτερά καθώς περνά μέσα από το στενό άνοιγμα.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, τα αποτελέσματα αυτά μπορούν να συμβάλουν στην ανάπτυξη νέων βιομιμητικών σχεδίων μη επανδρωμένων αεροσκαφών σταθερής πτέρυγας, τα οποία θα είναι ικανά να πραγματοποιούν γρήγορες μεταβάσεις μεταξύ διαφορετικών καταστάσεων πτήσης.

photo: pixabay