O futuro projeto aéreo pode ser um agradecimento a cinco papagaios voando em uma câmara de vôo instrumentada na Universidade de Stanford. Eles revelaram que vai contra a compreensão convencional de como os animais e aviões voam, as aves podem utilizar o arrasto para sustentar seu peso corporal durante a decolagem e empregar a sustentação como um freio em seus pousos.

"As coisas que você aprende em sala de aula nem sempre são verdadeiras, "disse David Lentink, professor assistente de engenharia mecânica. Novas descobertas podem alterar a compreensão de conceitos familiares. Nesse caso, ele disse, "Devemos revisar nossa ideia da função de arrasto."

A sabedoria convencional nos diz que o arrasto é uma força que desacelera um objeto e a sustentação é uma força que neutraliza a gravidade, levantar um pássaro ou avião para o vôo. Mas as medições feitas pela estudante de graduação Diana Chin, publicado em 25 de novembro em Nature Communications , mostram que as aves realmente atraem arrasto para suportar até metade de seu peso corporal durante a decolagem, e essa sustentação os ajuda a frear durante o pouso.

Medindo forças de vôo

Para medir as forças horizontais e verticais instantaneamente, Chin construiu uma configuração com painéis de sensores no chão, teto, frente e verso das trajetórias de vôo dos pássaros. Cada painel continha três sensores, assim como os dois poleiros para a decolagem e aterrissagem dos pássaros, somando um total de 18 sensores para medir as forças minúsculas geradas por um pássaro de 30 gramas.

As janelas embutidas nos painéis permitiram que Chin filmasse os movimentos das asas com cinco câmeras de alta velocidade disparando em 1, 000 quadros por segundo. Ao combinar o movimento medido a partir das imagens, bem como as medições de força dos sensores, Chin e Lentink puderam, pela primeira vez, determinar a magnitude da sustentação e arrasto na decolagem e no pouso.

"Algo assim nunca existiu antes, "disse Lentink." A tecnologia de medição em si é uma conquista da engenharia. "Como tal, foram necessárias várias iterações do Chin para projetar e fabricar a estrutura com sucesso. O próximo desafio foi pegar os papagaios do laboratório - Gaga, Gary, Oreo, Aurora e Boy - para voar voluntariamente dentro dela.

Para os pássaros

Felizmente para Chin, parrotlets são pássaros muito treináveis ​​e felizmente voam 80 centímetros de poleiro em poleiro para obter uma semente de painço. A partir desses voos, Lentink e sua equipe descobriram que ao inclinar as asas durante a decolagem, os pássaros podem orientar sua força de sustentação para frente para obter aceleração e seu arrasto para cima para suportar até a metade do peso de seu corpo.

"A decolagem é a coisa mais importante, mas você espera um pouso seguro também, "Disse Lentink. O reaproveitamento do arrasto durante a decolagem, na verdade, maximiza as forças geradas pelos pássaros, enquanto a reorientação da sustentação pode ajudá-los a diminuir a velocidade sem os custos de energia de frenagem antes de fazer a colisão controlada que eles chamam de pouso.

"Muitos outros animais que batem asas provavelmente fazem uso semelhante de sustentação e arrasto durante a decolagem e a aterrissagem, "disse Chin. Pássaros juvenis, aves marinhas que também nadam debaixo d'água e espécies de aves mais primitivas que têm dificuldade em gerar a força aerodinâmica necessária com suas asas achariam essa tática especialmente útil.

Antigos ancestrais dos pássaros, chamados de protobirds, também tinha asas que geravam principalmente arrasto. Com o conhecimento de que o arrasto pode realmente ajudar a sustentar o peso corporal na decolagem, Chin e Lentink reconhecem que pode haver algumas espécies que foram previamente classificadas como não voadoras que poderiam ter usado o arrasto para voar.

Após 150 milhões de anos de evolução das aves, "se os pássaros modernos ainda fazem uso dele, isso te diz muito, "disse Lentink." Isso não significa que seja eficiente, mas é eficaz. "

Revisando os livros didáticos

Devemos reconstruir todas as tecnologias aerotransportadas para refletir essa descoberta? Não exatamente. Embora Lentink deixasse o design de um Boeing 747 em paz, ele sugere revisitar a forma como a evolução do voo dos pássaros e a aerodinâmica são ensinadas.

"Acho que muitos desenhos em livros de voo podem ser enganosos, especialmente quando se trata de voo animal, "Chin disse. O arrasto pode ter desempenhado um papel significativo na evolução do voo dos animais. Para os precursores dos pássaros, usar o arrasto para sustentar o peso do corpo poderia tê-los ajudado a aumentar sua habilidade até que suas asas pudessem.

"Nenhuma literatura aeroespacial surgiu com o uso de arrasto para sustentar o peso, "disse Lentink enquanto tirava livros de biologia e aerodinâmica das prateleiras, apontando para diagramas de pássaros em vôo com suas forças associadas desenhadas. "Esse desenho padrão deve ser revisado."

Mesmo que os aviões convencionais não mudem drasticamente, Lentink vê aplicações potenciais no projeto de robôs aéreos. Assim como com os pássaros, utilizar arrasto para voar pode não ser o método mais eficiente, mas pode ajudar a tirá-los do chão.