نظرة على بحث يدرس قدرات وطرق إنتاج أجنحة صناعية صغيرة مستوحاة من الحشرات، ويجلب طريقة واستنتاجات جديدة إلى هذا المجال
خلال العقد الماضي، أثارت الطائرات المجنحة الصغيرة، المستوحاة من الحشرات (في الأصل FMAVs)، الكثير من الاهتمام البحثي نظرًا لإمكانية تطبيقها العالية في الحالات التي تكون فيها التقنيات المتقدمة مطلوبة لجهود البحث والإنقاذ في مناطق الكوارث.
تعتبر الأجنحة الاصطناعية مهمة لإنتاج قوة رفع كافية لإطلاق مركبات FMAV. من وجهة نظر إلكترونية، ترتبط الخصائص الديناميكية الهوائية الممتازة لجناح الحشرة بشكل كبير بالتشكل والخصائص الميكانيكية للجناح.
تتضمن مورفولوجية الجناح شكل الجناح وأنماط عروق الجناح والسمك والهندسة المعمارية ثلاثية الأبعاد والمزيد. وقد وجد أن الاختلافات المختلفة في شكل الجناح وسمكه لها تأثير كبير على الرفع الديناميكي الهوائي لأجنحة الحشرات. بالإضافة إلى ذلك، وفقًا لملاحظات البحث، فإن البنية ثلاثية الأبعاد قادرة على إنتاج المزيد من الرفع عندما تمنع الرفرفة عند أطراف الجناح.
وقد وجد أيضًا أنه بالإضافة إلى الشكل، فإن الخواص الميكانيكية للجناح مثل مرونته قادرة على إنتاج دفعة قوية من الرفع أثناء حركات الرفرفة. تشمل الخصائص الميكانيكية المهمة للجناح، والتي تؤثر بشكل مباشر على الأداء الديناميكي الهوائي، "صلابة الانحناء"، التي تصف العلاقة بين تشوه الشكل والقوة الديناميكية الهوائية - الحد الأقصى لتشوه الشكل الذي يعكس القدرة على تحمل العديد من التشوهات دون الانقطاع عن التردد الطبيعي، والذي يعكس الأداء العام في ظل قوة القصور الذاتي وتأثيرات المرونة الهوائية.
عندما يتم تقليل محيط الجناح الاصطناعي إلى خمسة سم، لم يعد من الممكن تطبيق طرق الإنتاج اليدوية في أجنحة الحشرات الاصطناعية ذات أنماط عروق الجناح المعقدة. بالنسبة لأجنحة بهذا الحجم، تم اقتراح العديد من طرق التصنيع لتقليد شكل الجناح المحاكاة الحيوية، ولكن جميعها معيبة. على سبيل المثال، أثبت استخدام الليزر، من ناحية، كتقنية فعالة لإنتاج أجنحة حشرات اصطناعية، ولكن من ناحية أخرى، في النتيجة التي تم الحصول عليها، فإن نمط الوريد للجناح يكون مجردا مقارنة بالحقيقي. جناح الحشرة، لذلك لا تزال هناك حاجة إلى البحث لإنتاج مورفولوجية أجنحة الحشرات الاصطناعية.
يركز البحث المعني على طرق تصنيع واختبار أجنحة الزيز الاصطناعية، وتقليد شكلها وميكانيكيتها. يستخدم البحث تقنية القطع بالليزر أثناء دمج مادة متعددة الطبقات، تعتمد على ألياف الكربون ومايلار الرقيقة، وذلك لتقليد نمط وشكل عروق الجناح. كما يتم عرض قدرة طريقة التصنيع لهندسة الأجنحة ثلاثية الأبعاد وأنواع الأجنحة المتنوعة. من أجل دراسة تأثير سمك الوريد على خصائص الجناح، يتم اختبار صلابة الانثناء والحد الأقصى لمعدل التشوه والتردد الطبيعي باستخدام نظام تحفيز مخصص لعدم الاتصال.
بالاشتراك مع طرق التصنيع الحالية، تم عرض الطريقة المقترحة في عملية أبسط، ولكن تم تحسينها وتشبه جناح الزيز الحقيقي.
وتشير استنتاجات الدراسة إلى أنه من الممكن الحصول على شكل جناح الزيز الاصطناعي بمساعدة تقنية القطع بالليزر عالية الدقة. إن طريقة التصنيع هذه قادرة على تحقيق بنية جناح ثلاثية الأبعاد بمنحنيات أو طيات من خلال التحكم في الشكل ثلاثي الأبعاد لعروق الجناح أثناء عملية التصلب والتعزيز. بالإضافة إلى ذلك، تُظهر الطريقة أيضًا تنوعًا واعدًا لأنواع الأجنحة المتنوعة.
أظهرت نتائج الاختبار الميكانيكي أن الجناح الاصطناعي لحشرة الزيز يتمتع بمرونة ممتازة، وقادر على تحمل نسبة عالية من التشوه دون أن ينكسر (الحد الأقصى لنسبة التشوه وصلت إلى 50%). من الاختبار يمكن أيضًا ملاحظة أن صلابة الانثناء والتردد الطبيعي لجناح الزيز الاصطناعي يعتمدان إلى حد كبير على سمك الأوردة. توفر هذه النتائج نهجا واقعيا لزيادة تحسين الخواص الميكانيكية للجناح عن طريق ضبط سمك الأوردة.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
