As aves inspiram o voo humano há séculos, mas Shabnam Raayai acredita que também podem oferecer lições sobre a redução do consumo de energia.



Bolsista do Rowland Institute, em Harvard, Raayai trabalha para extrair física com aplicações práticas de fenômenos naturais, sejam pássaros voadores ou escamas de tubarão. Seguindo sugestões das formações de voo em forma de V das aves migratórias, a equipe de Raayai revelou novos insights sobre como o voo de veículos aéreos não tripulados, como drones, poderia ser projetado para permitir uma vida mais longa das fontes de energia.

Os resultados também seriam aplicáveis ​​a todos os tipos de movimento colectivo através do meio, desde veículos que se deslocam debaixo de água até à forma como manchas de vegetação poderiam ser organizadas para controlo de cheias. O artigo de pesquisa, intitulado "Impacto da formação V bio-inspirada no fluxo passado pelo arranjo de objetos sem elevação", foi publicado na revista Physics of Fluids. .

A pesquisa sobre otimização de voos em grupo não é nova, mas a maioria desses experimentos se concentrou em aeronaves de asa fixa, nas quais a sustentação mecânica é gerada pelo formato das asas, dizem os pesquisadores. Menos se sabe sobre as partes "não elevatórias" dos veículos, como as carrocerias de pequenas embarcações com hélice, que estão se tornando cada vez mais importantes em ambientes industriais e militares. “E se nossos dispositivos ou veículos não tiverem asas fixas?” Raayai disse. "Como a física do fluxo muda?"

Responder a essas perguntas exigiu uma configuração experimental criativa que levasse em consideração tanto a precisão da medição quanto a relação custo-benefício. Usando um túnel de água e cilindros para representar veículos em voo, a equipe empregou uma técnica chamada velocimetria de imagem de partículas para medir o campo de fluxo em torno de cada objeto. Um único laser e quatro folhas de luz que se cruzam criaram um espaço totalmente iluminado, no qual os pesquisadores usaram imagens de alta velocidade para capturar como diferentes arranjos afetavam o arrasto de cada objeto. Como a água e o ar são fluidos newtonianos, cálculos simples permitem a extrapolação para uma variedade de aplicações.

Entre suas observações:Em uma configuração, eles encontraram uma redução de 45% no arrasto para membros da segunda fila atrás do líder, e algum benefício adicional de redução de arrasto para o líder. Esses benefícios diminuíram à medida que o ângulo do V aumentou, de acordo com os dados.

Raayai enfatizou que as medições são um conjunto básico de princípios a partir dos quais diferentes pesquisadores ou indústrias poderiam aplicar seus próprios parâmetros para otimização. “A otimização tem vários caminhos, dependendo do que você deseja fazer”, disse ela. “Você quer que todos os seus sete membros usem a mesma quantidade de bateria entre o ponto A e o ponto B? Se for esse o caso, você terá que descobrir uma maneira de trocar as posições dos membros durante o voo.”

Em última análise, Raayai quer ajudar a abrir um caminho para a descarbonização, oferecendo novas formas de reduzir o consumo de energia e avançar para a eletrificação. E a natureza tem um jeito de cutucá-la.

“Muitos animais optam por manobrar em grupos, e isso é benéfico para eles – os que andam e os que nadam ou voam”, disse ela.

Mais informações: Prasoon Suchandra et al, Impacto da formação V bio-inspirada no fluxo passado por arranjos de objetos sem elevação, Física dos Fluidos (2024). DOI:10.1063/5.0186287
Informações do diário: Física dos Fluidos

Fornecido pela Universidade de Harvard

Esta história foi publicada como cortesia do Harvard Gazette, o jornal oficial da Universidade de Harvard. Para notícias adicionais sobre a universidade, visite Harvard.edu.