Em uma descoberta que poderia beneficiar o design do drone, Uma pesquisa premiada de um aluno de doutorado da Universidade do Alabama em Huntsville (UAH) mostra que as trajetórias ondulantes das borboletas monarca são, na verdade, mais eficientes em termos de energia do que uma trajetória em linha reta.

O artigo de Madhu Sridhar venceu a Competição de Trabalho para Estudantes Graduados em Mecânica de Voo Atmosférica 2019 e ele foi premiado no 2020 AIAA SciTech Forum realizado recentemente em Orlando, Flórida. O AIAA Scitech Forum é a maior conferência aeroespacial anual e se concentra em pesquisas e descobertas de tecnologia na comunidade aeroespacial. O 2020 AIAA SciTech Forum incluiu mais de 2, 500 apresentações técnicas com mais de 5, 000 participantes.

Sridhar modelou e analisou o consumo de energia das borboletas monarca enquanto trabalhava no Laboratório de Medição Ótica de Rastreamento Autônomo (ATOM) da UAH sob a orientação do Dr. Chang-kwon Kang, professor associado do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial, e Dr. Brian Landrum, professor associado e presidente associado do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial. A pesquisa foi financiada pela National Science Foundation.

A descoberta de que uma trajetória de vôo ondulante consumia menos energia pode ser valiosa no projeto bioinspirado de drones robóticos em miniatura de longo alcance.

"Um dos objetivos básicos do nosso estudo é desenvolver um drone que pode voar tanto quanto um monarca em migração, "Sridhar diz." A migração anual das borboletas monarca é a mais longa entre os insetos. Pode ser 3, 000 quilômetros de comprimento! Mesmo os drones de última geração não podem mostrar esses longos alcances. "

Os pesquisadores usaram um modelo analítico simplificado de borboleta no estudo, focando na interação dinâmica entre a aerodinâmica da asa e a dinâmica do corpo, disse Sridhar, quem é de Bangalore, Índia.

"Este artigo mostra que este modelo concorda razoavelmente bem com os dados experimentais, ", diz ele." Usamos câmeras de rastreamento de movimento para registrar uma série de trajetórias de vôo e movimentos das asas e do corpo de borboletas monarcas voando livremente em nosso Laboratório ATOM. "

Se há vantagens na trajetória ondulante que as borboletas usam, por que as abelhas ou as moscas não o usam?

"Este estudo mostra que os movimentos coordenados da asa e do corpo seguindo uma trajetória acidentada requerem menor potência para uma asa batendo na escala do monarca, "ele diz." Para insetos menores, esse benefício de energia reduz, e é provavelmente por isso que eles voam em uma trajetória reta. "

Se as borboletas utilizam um padrão de voo biologicamente predeterminado ou simplesmente ondulações aleatórias, é uma das muitas questões para pesquisas futuras. Sridhar também está investigando como as borboletas selecionam as altitudes de vôo.

"monarcas são conhecidos por voar em diferentes alturas do nível do solo ao longo de sua rota de migração, que achamos muito interessante, ", diz ele." Não sabemos por que eles optam por voar mais alto em vez de no nível do solo. "

Em altitudes mais elevadas, a densidade do ar reduzida pode beneficiar o voo monarca, os cientistas teorizam.

"Então, para testar isso, realizamos experimentos com borboletas monarca dentro da grande câmara de vácuo no UAH Propulsion Research Center, onde registramos os voos em ar de baixa densidade até 4, 000 metros acima do nível do mar, "Sridhar diz." Isso nos ajuda a observar como os movimentos das asas e do corpo mudam à medida que a densidade do ar diminui. "

Adicionalmente, pesquisadores estão usando simulações de computador para investigar como o ar de baixa densidade afeta a flexibilidade das asas da monarca.