Älykkäästi suunniteltu kolibri inspiroi ilmailua

Kuva: Charles Sharp, CC BY 3.0.



Joel Kontinen

Sekä biologisten että keinotekoisten lentäjien on kohdattava kaikkialla esiintyvät ilmahäiriöt. Lepattavat siivet ovat yleensä vähiten vakaita, mutta myös kaikkein ohjattavimpia tela-akselinsa ympäri, mutta tietämys telojen ohjauksesta biologisissa lentäjissä on edelleen rajallinen.

Kolibrit ovat sopivia malleja yhdistämään aerodynaamiset häiriöt lennonhallintastrategioihin, koska nämä pienet, voimakkaat lentäjät kykenevät pysymään ilmassa haitallisissa tuulioloissa.

Kokeessa kolibrit pantiin lentämään tasaisen, pitkittäissuunnassa (virtaussuunnassa) olevan pyörrealueen sisällä, joka asetti jatkuvan rullahäiriön. Siipien kinematiikka ja lentolihasten neuromotorinen aktivointi mitattiin synkronoidulla nopealla video- ja elektromiografialla ja käytettiin laskennallista fluididynamiikkaa (CFD) estimoimaan havaittujen siipiliikkeiden aiheuttamat aerodynaamiset voimat.

Kolibrit reagoivat ilman liikkeen häiriöihin normaalilentoon nähden kahdella erolla päälennon lihaksen aktivoinnissa pitäen samalla yllä symmetriaa suurimmissa siiven liikkeissä, kuten iskun laajuus, iskutason kulma ja räpytystaajuus.

Kolibrilajeilla oli jatkuvia eroja hienovaraisempien siipien kinemaattisissa piirteissä, mukaan lukien siipien kierto ja korkeus. CFD-mallinnus paljasti, että epäsymmetrinen siipikierto oli kriittinen häiriön vaikutusten lieventämiseksi. Linnut lisäsivät myös lennon vakautta säätämällä vartalo- ja pyrstöasentoa saadakseen suuremman pinta-alan yläpyörteeseen kuin ei-toivottuun alapyörteeseen. Tulokset tarjoavat tietoa kolibrien huomattavasta kyvystä ylläpitää lennonhallintaa, samoin kuin bio-inspiraatiota yksinkertaisille, mutta tehokkaille ohjausstrategioille, jotka voisivat auttaa robottilennokkien selviytymisessä haastavista reaalimaailman ilmasto-olosuhteissa.

Näin älykäs suunnittelu nähdään kolibreissa. Ja näin biomimetiikka valtaa yhä enemmän alaa.

Ravi, Sridhar ja muut, 2020. Modulation of Flight Muscle Recruitment and Wing Rotation Enables Hummingbirds to Mitigate Aerial Roll Perturbations Current Biology 2.1.