سریعترین حشره شناگر جهان الهام بخش طراحی قایق های بدون خدمه
سریعترین حشره شناگر جهان الهام بخش طراحی قایق های بدون خدمه -سوسک های گرداب به سرعت های شگفت انگیزی دست می یابند.
پیش از این اعتقاد بر این بود که سوسک‌های گردبادی که به عنوان سریعترین حشرات شناگر شناخته می‌شوند، برای نیروی محرکه به نیروی رانش مبتنی بر نیروی کششی متکی هستند.
با این حال، رانش مبتنی بر لیفت منبع اصلی شتاب است که به این سوسک‌های آبی اجازه می‌دهد به سرعت شنای قابل توجهی دست یابند.
در یک مطالعه جدید، دانشمندان از دوربین‌های پرسرعت استفاده کردند تا ثابت کنند که رانش مبتنی بر بالابر شنای سریع گرداب‌ها را ممکن می‌سازد. سوسک های یک سانتی متری می توانند به حداکثر شتاب 100 متر در ثانیه و حداکثر سرعت 100 طول بدن در ثانیه (یا 1 متر در ثانیه) برسند.
این یافته‌ها درک سرعت‌های قابل‌توجهی را که توسط سوسک‌های گردباد به دست می‌آیند ارائه می‌کند و بینش‌های ارزشمندی را برای طراحان روبات‌های آبی الهام‌گرفته از زیستی و قایق‌های بدون سرنشین که در نزدیکی سطح آب کار می‌کنند، ارائه می‌کند.
محققان با استفاده از دو دوربین با سرعت بالا که در زوایای مختلف قرار گرفته بودند، فیلمی از یک سوسک گردابی ضبط کردند که مکانیسم رانش مبتنی بر بالابر را آشکار کرد.
بر خلاف رانش مبتنی بر درگ، که در آن حرکت رانش در راستای سطح آب است، رانش مبتنی بر لیفت مانند یک ملخ عمل می‌کند و حرکتی عمودی ایجاد می‌کند که نیروی کشش را به حداقل می‌رساند و تکانه کارآمدتری را امکان‌پذیر می‌کند و سرعت‌های بالاتر را تسهیل می‌کند.
این مشاهدات به درک سیستم محرکه منحصر به فرد استفاده شده توسط سوسک های گردباد کمک می کند.
کریس رو ’12، استادیار مهندسی زیست شناسی و محیط زیست در کالج کشاورزی و علوم زیستی، گفت: «در زیست شناسی، چرخاندن چیزها دشوار است. ما ماشین هایی هستیم که مبتنی بر انقباض هستند.
بنابراین، می‌توان گفت که پاهای سوسک گردبادی یک پروانه جزئی است که حدود یک زاویه می‌چرخد و سپس قبل از تنظیم مجدد و چرخش جزئی، جمع می‌شود.»
علاوه بر تجزیه و تحلیل سرعت پاها و بدن به‌دست‌آمده از مشاهدات دوربین همگام، سان از فرمول‌های آیرودینامیکی برای تعیین اینکه رانش مبتنی بر لیفت نقش مهمی در تولید نیروی مورد نیاز برای رانش سریع سوسک‌های گرداب ایفا می‌کند، استفاده کرد.
روه گفت: «این تفاوت چندانی با کمی کج شدن بال هواپیما ندارد. این زاویه حمله به آن اجازه می دهد تا بالابر ایجاد کند.”
یوکون سان، دانشجوی دکترا در آزمایشگاه نویسنده ارشد روه، اولین نویسنده مقاله است، گفت: «در این کار، ما مقیاس طول را تا 1 سانتی‌متر افزایش دادیم، به این معنی که سوسک‌های گردبادی تا حد زیادی کوچک‌ترین موجودی هستند که از بالابر استفاده می‌کنند. رانش مبتنی بر شنا برای شنا.»
Roh گفت : “ما امیدواریم که این موضوع برای رباتیک الهام گرفته شده از زیست و سایر جوامع مهندسی ابتدا صحبت کند تا فیزیک مناسب را شناسایی کند و سپس سعی کند آن فیزیک را در ایجاد رباتیک حفظ کند.”
نیروی دریایی ایالات متحده روی توسعه قایق‌های بدون سرنشین کار می‌کند و تشخیص می‌دهد که طراحی سنتی کشتی اغلب با امکانات مورد نیاز برای خدمه محدود می‌شود.
با حذف نیاز به خدمه، قایق ها می توانند بسیار کوچکتر و همه کاره تر طراحی شوند.
محققان بر این باورند که اندازه فشرده، ساختار کشتی‌شکل و سیستم پیشرانه مبتنی بر بالابر مشاهده‌شده در سوسک‌های گردبادی، بینش‌های ارزشمندی را برای اطلاع‌رسانی درباره طراحی کشتی‌های روباتیک ارائه می‌دهد.
مرجع مجله:
- یوکان سان، جنا شیلدز، کریس رو و همکاران. سوسک Whirligig از رانش مبتنی بر بالابر برای سریعترین شنای حشرات استفاده می کند. زیست شناسی فعلی . DOI: 10.1016/j.cub.2023.11.008
