„Robotyczny gołąb ujawnia, jak ptaki latają bez pionowego ogona”

Robot inspirowany gołębiem odkrywa tajemnicę lotu ptaków bez pionowych stateczników

Nowe rozwiązanie dla lotnictwa inspirowane naturą

Robot o nazwie PigeonBot II, inspirowany zdolnościami lotnymi ptaków, rozwiązał zagadkę, jak ptaki radzą sobie z lotem bez pionowego statecznika – elementu kluczowego w projektach lotniczych tworzonych przez człowieka. Prototyp może w przyszłości przyczynić się do stworzenia bardziej efektywnych samolotów pasażerskich, które będą generować mniejszy opór aerodynamiczny, co z kolei obniży zużycie paliwa.

Pionowe stateczniki, znane również jako stabilizatory pionowe, są używane w samolotach do zmiany kierunku lotu i zapobiegania niezamierzonym odchyleniom. Jednak niektóre konstrukcje wojskowe, takie jak bombowiec Northrop B-2 Spirit, celowo rezygnują z tego elementu, ponieważ jego brak zmniejsza widoczność maszyny na radarach. W takich przypadkach stosuje się asymetryczne sterowanie za pomocą klap, co jednak wiąże się z generowaniem dodatkowego oporu i obniżeniem efektywności lotu.

Jak ptaki radzą sobie bez statecznika pionowego?

Ptaki, w przeciwieństwie do samolotów, nie posiadają pionowych stateczników i nie wydają się celowo generować asymetrycznego oporu, aby utrzymać stabilność. Zespół badawczy Davida Lentinka z Uniwersytetu w Groningen w Holandii postanowił zbadać tę zagadkę, tworząc PigeonBot II – zaawansowanego robota naśladującego zdolności lotne ptaków. Projekt miał na celu zrozumienie, jak ptaki utrzymują kontrolę nad lotem bez stabilizatora pionowego.

Poprzednia wersja robota, stworzona w 2020 roku, potrafiła latać, machając skrzydłami i zmieniając ich kształt podobnie jak ptaki, ale nadal korzystała z tradycyjnego ogona lotniczego. Najnowszy model, zawierający aż 52 prawdziwe pióra gołębi, został jednak wyposażony w ogon przypominający ten, który występuje u ptaków. Dzięki temu możliwe stały się udane testy lotu, które potwierdziły skuteczność nowego projektu.

Sekret stabilności lotu ptaków

Kluczem do sukcesu PigeonBot II okazały się automatyczne, odruchowe ruchy ogona, zaprogramowane tak, aby naśladować te naturalnie występujące u ptaków. Gdy ptaka, takiego jak gołąb, przechyli się w dowolnym kierunku, jego ogon automatycznie reaguje, wykonując skomplikowane ruchy stabilizujące. Badania zespołu Lentinka potwierdziły, że te odruchy są podstawą stabilności lotu ptaków, a teraz zostały z powodzeniem odtworzone w robotycznym odpowiedniku.

Robot wykorzystuje dziewięć serwomotorów, które kontrolują ruchy ogona oraz dwa śmigła zamontowane na skrzydłach. Dzięki temu może symulować stabilizację charakterystyczną dla ptaków, bez potrzeby stosowania pionowego statecznika. Sterowanie robotem odbywa się za pomocą autopilota, który interpretuje ogólne polecenia pilota, takie jak skręt w lewo czy w prawo, i przekształca je w odpowiednie sygnały kontrolne.

Wyzwania i przyszłość technologii

Budowa PigeonBot II nie była pozbawiona trudności. Liczne testy zakończyły się niepowodzeniem, zanim udało się dopracować system sterowania. Ostatecznie robot zdołał pomyślnie wzbić się w powietrze, odbyć lot i bezpiecznie wylądować, co udowodniło skuteczność opracowanego rozwiązania.

David Lentink podkreśla, że pionowe stateczniki w samolotach pasażerskich są zbędnym elementem, który generuje dodatkowy opór i zwiększa masę maszyny, co przekłada się na większe zużycie paliwa. „Znamy już przepis na latanie bez pionowego statecznika. Jeśli po prostu skopiujemy nasze rozwiązanie na większą skalę, będzie ono działać. Jednak, aby uczynić tę technologię łatwiej dostępną i bardziej praktyczną w produkcji, konieczne są dalsze badania” – mówi Lentink.

Potencjalna rewolucja w lotnictwie

Odkrycia związane z PigeonBot II mogą w przyszłości zrewolucjonizować lotnictwo. Jeśli technologia inspirowana ptakami zostanie odpowiednio rozwinięta, samoloty pasażerskie mogą stać się lżejsze, bardziej ekologiczne i efektywne. To kolejny przykład, jak nauka może czerpać inspirację z natury, aby rozwiązywać współczesne wyzwania techniczne.