Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

Eğer bir uçakta kanada bakan bir sırada oturduysanız, muhtemelen kalkış ve iniş sırasında ayarlanan kenarları boyunca birden fazla kanatçık fark etmişsinizdir. Kuş tüylerine çok benzeyen bu bileşenler, uçuş sırasında aracın dönüşünü, kaldırmasını ve sürüklemesini kontrol etmek için gereklidir. Ancak kuşlardaki benzerlerinden farklı olarak, bu mekanizmalar genellikle kanat boyunca tek sıra halinde yerleştirilir ve seyahat sırasında kontrol edilmesi için elektronik bileşenler gerektirir.

Bu arada kuşlar, milyonlarca yıldır hava akışına pasif olarak uyum sağlayan gizli tüy grupları şeklinde katlanarak daha fazla “kanatçık” ile donatılmış olarak gökyüzüne çıkmıştır. Bazı mühendisler, onlardan örnek alarak uçakların daha güvenli ve daha enerji verimli olacak şekilde inşa edilebileceğine inanıyor. Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde 28 Ekim'de yayınlanan sonuçlar, bu tür tüylü uçak yükseltmelerini destekliyor gibi görünüyor.

Princeton Üniversitesi'ndeki araştırmacılar kısa bir süre önce uzaktan kumandalı küçük bir model uçağı, gizli tüyleri taklit eden kanatçık sıraları içerecek şekilde geliştirdiler; bu tüy grupları, kuşlarda rüzgârda yön bulma ve iniş gibi karmaşık manevralar sırasında pasif olarak ayarlanıyor. Ekip bunu yaparken, biyomimikri temelli benzer tasarımların bir gün uçakların genel performansını artırmasına ve potansiyel olarak tehlikeli acil durumlardan kaçınmasına yardımcı olabileceğini düşünüyor.

Önceki “çalışmalar [gizli tüylerin] iniş ya da rüzgârda uçma gibi manevralar sırasında uçuşu geliştirebileceğini öne sürse de,” ekip “tüylerin altında yatan fizik ya da birden fazla sıraya sahip olmanın etkileri konusunda mevcut bir fikir birliği olmadığını” yazdı. Bunu düzeltmek için önce 3D baskılı, ölçekli model uçak kanatlarına iki ila beş sıra arasında kapak tarzı kanatçıklar yerleştirdiler, ardından prototiplerini 30 fit yüksekliğindeki bir kurulumda rüzgar tüneli testlerine tabi tuttular. Tünelin içinde, hem lazer hem de yüksek hızlı kameraların yanı sıra sensörlerin bir kombinasyonu, çeşitli durum simülasyonları sırasında kanatların etrafındaki hava akışını en ince ayrıntısına kadar ölçtü. Ayrıca standart, tek sıralı kanatçıklarla inşa edilmiş bir kanat modelini kontrol olarak kullandılar.

Doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın başyazarı Girguis Sedkey Pazartesi günü üniversite profilinde yaptığı açıklamada, “Rüzgar tüneli deneyleri bize havanın kanat ve flaplarla nasıl etkileşime girdiğine dair gerçekten hassas ölçümler veriyor ve fizik açısından gerçekte neler olduğunu görebiliyoruz” dedi. Verileri analiz ettikten sonra Sedkey ve ekibi, kanatçıkların bir kanat etrafındaki hava akışını kontrol ettiği belirli yolları belirledi. Bunlardan biri olan “kayma tabakası etkileşimi” daha önce havacılık testlerinde hiç belgelenmemişti.

Çalışmanın baş araştırmacısı, makine ve havacılık mühendisliği yardımcı doçenti Aimy Wissa, “Bu yeni mekanizmanın keşfi, kuşların kanatlarının ön kısmına yakın bu tüylere neden sahip olduklarının ve bu kanatları uçaklar için nasıl kullanabileceğimizin ardındaki sırrı ortaya çıkardı” dedi. Wissa, tüm modeller arasında beş sıralı tasarımın en iyi performansı gösterdiğini, kaldırmayı yüzde 45 artırırken sürüklemeyi yüzde 30 azalttığını sözlerine ekledi. “Kanadın önüne ne kadar çok flap eklerseniz, performans faydası o kadar yüksek olur” diye açıkladı.

Bu ilk deneylerin ardından Wissa'nın ekibi, Princeton'ın Somerset RC model uçak kulübünden ödünç alınan kuş büyüklüğünde bir R/C drone uçağı kullanarak açık hava uçuş testlerine geçti. Mühendisler önce gizli kanatçık sıraları kurdular, ardından yerleşik bir uçuş bilgisayarını otonom olarak durması için programladılar. Araştırmacılar buradan modellerini fırlattılar ve havadaki mücadelelerini izlediler. Bilgisayar her durma başlattığında, uçağın gizli kanatçık sıraları pasif olarak açılarak durma yoğunluğunu azalttı.

Wissa, “Biyolojiden esinlenen tasarımın gücü budur,” dedi. “Mekanik sistemlerimizi iyileştirmek için biyolojiden mühendisliğe bir şeyler aktarabilme ve aynı zamanda mühendislik araçlarımızı biyolojiyle ilgili soruları yanıtlamak için kullanabilme becerisi.”

Wissa ve meslektaşları, kuşların gizli tüylerinin uçaklardan daha fazla uygulama alanı bulabileceğine inanıyor. Hava akışı akışkan dinamikleri göz önüne alındığında, arabaların, denizaltıların ve hatta potansiyel olarak rüzgar türbinlerinin etkinliğini ve güvenliğini artırmak için benzer uyarlamaları keşfetme potansiyeline dikkat çekiyorlar.

Kaynak: Popsci.com