無人機的設計源于蝴蝶研究

在一項可能有益于無人機設計的發現中，阿拉巴馬州亨茨維爾大學(UAH)的一名博士生屢獲殊榮的研究表明，帝王蝶的起伏飛行路徑實際上比直線飛行路徑更節能。

Madhu Sridhar的論文贏得了2019年AIAA大氣飛行力學研究生論文競賽，并在最近于佛羅里達州奧蘭多舉行的2020 AIAA科學論壇上獲獎。AIAA Scitech論壇是最大的年度航空航天會議，專注于研究和技術發現。航空航天界。2020 AIAA科技論壇包括2500多個技術演講，超過5,000名參與者。

Sridhar在UAH的自動跟蹤光學測量(ATOM)實驗室工作期間對帝王蝶的功耗進行了建模和分析，該實驗室由機械和航空航天工程學系副教授Kang Chang-kwon Kang博士以及副研究員Brian Brianrum博士負責機械和航空航天工程系教授兼副主席。該研究得到了美國國家科學基金會的資助。

起伏的飛行軌跡消耗更少的能量這一發現在遠程微型機器人的生物啟發設計中可能是有價值的。

Sridhar說：“我們研究的基本目標之一是開發一種可以在君主遷徙期間飛行的無人機。” “帝王蝶每年的遷徙是昆蟲中最長的。它可以長到3000公里!即使是最先進的無人機也無法表現出如此長的距離。”

來自印度班加羅爾的Sridhar說，研究人員在研究中使用了簡化的分析蝴蝶模型，著重研究機翼空氣動力學和機體動力學之間的動態相互作用。

他說：“本文表明該模型與實驗數據相當吻合。” “我們使用運動跟蹤相機在ATOM實驗室中記錄了一系列飛行軌跡以及帝王蝶自由飛行的機翼和身體運動。”

如果蝴蝶使用的起伏軌跡具有優勢，為什么蜜蜂或蒼蠅不使用它呢?

他說：“這項研究表明，在顛簸的軌跡上，機翼和機體的協調運動要求拍打機翼的功率更低。” “對于較小的昆蟲來說，這種功效會降低，這可能就是為什么它們在直線軌跡上飛行的原因。”

蝴蝶是利用生物學上預定的飛行模式還是簡單地隨機起伏是未來研究的眾多問題之一。斯里達(Sridhar)也正在研究蝴蝶如何選擇飛行高度。

他說：“帝王沿著他們的遷移路線從地面飛到不同的高度，這是非常有趣的。” “我們不知道他們為什么選擇更高的飛行而不是在地面高度飛行。”

科學家們推測，在更高的海拔上，減少的空氣密度可能會使君主的飛行受益。

“因此，為了測試這一點，我們在UAH推進研究中心的大型真空室內進行了帝王蝶的實驗，在那里我們記錄了在海拔4,000米以下的低密度空氣中的飛行情況，” Sridhar說。“這有助于我們觀察它們的機翼和機體運動如何隨著空氣密度的降低而變化。”

此外，研究人員正在使用計算機模擬來研究低密度的空氣如何影響帝王翅膀的靈活性。