Uma pesquisa recente de Andres J. Goza, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, encontrou relações entre frequências e a dinâmica passiva em jogo quando os veículos se movem no ar ou na água para um melhor entendimento de como usar essas forças para melhorar o desempenho. Compreendendo essa interação fluido-estrutura em um nível muito básico, poderia ajudar a informar novos projetos de aeronaves e submarinos com um tipo muito diferente de locomoção.

Das vibrações do espelho retrovisor assim que seu carro atinge precisamente 70 milhas por hora até um prédio que desaba quando, em um terremoto, começa a vibrar em uma frequência específica, há energia inexplorada que poderia ser aproveitada para propulsão. Em pesquisas recentes, Andres J.Goza, encontraram relações entre frequências e a dinâmica passiva em jogo quando os veículos se movem no ar ou na água para uma melhor compreensão de como usar essas forças para melhorar o desempenho.

De acordo com Goza, professor assistente no Departamento de Engenharia Aeroespacial da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, seu trabalho é um esforço para buscar novas estratégias de propulsão bioinspiradas.

"Os peixes nadam com muita eficiência e os pássaros podem voar com muita eficiência, então, como podemos usar essas observações para informar mudanças de paradigma reais nas estratégias de locomoção que projetamos, "disse ele." Por exemplo, a asa de um pássaro e a cauda de um peixe são flexíveis e quando esses animais voam ou nadam, o ar e a água ao seu redor induzem o movimento passivo.

"Outro exemplo é quando o ar passa por uma bandeira, fazendo-o bater, afeta o movimento do ar ao seu redor, "Goza disse." Se pudermos entender esta interação fluido-estrutura ou acoplamento fluido-estrutura em um nível muito básico, poderíamos usá-lo para projetar aeronaves e submarinos com um tipo muito diferente de locomoção? "

Goza disse que a velocidade do fluxo de ar ou água ao redor do veículo e a densidade dos materiais de que são feitos desempenham um papel, tanto na ressonância quanto no movimento induzido passivamente.

"Os cientistas entenderam, fora deste contexto de interação fluido-estrutura, que há uma resposta profunda quando você excita uma estrutura ou sistema em sua frequência ressonante, "Goza disse." Mas que papel desempenham essas dinâmicas passivas, e podemos ajustar as propriedades estruturais para que a frequência ressonante do seu sistema seja de alguma forma ligada ao fluxo - isto é, à moção que você está prescrevendo? "

Um ponto crítico nesta pesquisa foi que a definição padrão de frequência ressonante presumia que a estrutura estava no vácuo. "Mas não está; está no fluido e o fluido afeta o que é essa frequência de ressonância, "Goza disse.

Consequentemente, o primeiro passo foi definir uma noção de ressonância que incorpora o efeito do fluido.

"Uma das grandes contribuições desta pesquisa foi a definição inequívoca dessa frequência de ressonância, e, em seguida, confirmando que em uma ampla gama de parâmetros diferentes, realmente vemos benefícios de desempenho perto desta frequência ressonante, "ele disse." Ou seja, se a estrutura oscila ou se move a uma certa frequência dentro deste fluxo, leva a uma melhora no impulso. "

Goza disse que os cálculos de maior amplitude de levantamento refletem melhor os peixes nadando. Os resultados indicaram que nessas amplitudes maiores, ambos os mecanismos ressonantes e não ressonantes desempenharam um papel.

"A ressonância é definida em termos de ondulações super pequenas, mas entendemos que os peixes estão nadando em grandes amplitudes, "Goza disse." Nós eliminamos a lacuna entre definir o que a ressonância significa nesta configuração de pequena amplitude quando há um fluido presente, mas também abraçando o fato de que os peixes sofrem emoções muito maiores. Estabelecemos conexões com os resultados no caso de pequena amplitude, descobrindo que os benefícios de desempenho persistem perto da ressonância, mesmo em grandes amplitudes que são realmente relevantes para a propulsão biológica. "

Dependendo do regime, Goza disse, o impulso de pico está próximo a essa frequência ressonante associada a uma pequena amplitude.

"A chave é, conforme você se move para essas grandes amplitudes, a ressonância continua a desempenhar um papel predominante. Descobrimos que a noção de pequena amplitude linear de ressonância era apropriada para prever e compreender esses picos e empuxo na maioria dos casos.

“Se este movimento passivo pode ser útil na locomoção, pode reduzir a quantidade de energia colocada no sistema, "Goza disse." Podemos aproveitar essas dinâmicas passivas e deixá-los fazer a propulsão por nós. "

Goza disse que uma das próximas fases desta pesquisa será olhar para materiais ativos modernos que podem ser ajustados para ter a frequência ressonante certa para induzir dinâmica passiva com a saída desejada.