Dans une découverte qui pourrait profiter à la conception de drones, Une recherche primée menée par un étudiant au doctorat de l'Université de l'Alabama à Huntsville (UAH) montre que les trajectoires de vol ondulantes des papillons monarques sont en fait plus écoénergétiques qu'une trajectoire en ligne droite.

L'article de Madhu Sridhar a remporté le concours 2019 AIAA Atmospheric Flight Mechanics Graduate Student Paper Competition et il a été récompensé lors du 2020 AIAA SciTech Forum qui s'est tenu récemment à Orlando, Floride. Le AIAA Scitech Forum est la plus grande conférence annuelle sur l'aérospatiale et se concentre sur les résultats de la recherche et de la technologie dans la communauté aérospatiale. Le Forum AIAA SciTech 2020 comprenait plus de 2, 500 présentations techniques dont plus de 5, 000 participants.

Sridhar a modélisé et analysé la consommation d'énergie des papillons monarques tout en travaillant dans le laboratoire de mesure optique de suivi autonome (ATOM) de l'UAH sous la direction du Dr Chang-kwon Kang, professeur agrégé au Département de génie mécanique et aérospatial, et le Dr Brian Landrum, professeur agrégé et président agrégé du Département de génie mécanique et aérospatial. La recherche a été financée par le financement de la National Science Foundation.

La découverte qu'une trajectoire de vol ondulante consomme moins d'énergie peut être précieuse dans la conception bio-inspirée de drones miniatures robotiques à longue portée.

"L'un des objectifs sous-jacents de notre étude est de développer un drone capable de voler aussi longtemps qu'un monarque migrateur, " dit Sridhar. " La migration annuelle des papillons monarques est la plus longue parmi les insectes. ça peut être 3, 000 kilomètres de long ! Même les drones à la pointe de la technologie ne peuvent pas montrer ces longues portées. »

Les chercheurs ont utilisé un modèle de papillon analytique simplifié dans l'étude, se concentrant sur l'interaction dynamique entre l'aérodynamisme de l'aile et la dynamique du corps, dit Sridhar, qui est de Bangalore, Inde.

"Cet article montre que ce modèle s'accorde assez bien avec les données expérimentales, " dit-il. " Nous avons utilisé des caméras de suivi de mouvement pour enregistrer une série de trajectoires de vol et de mouvements des ailes et du corps de papillons monarques volant librement dans notre laboratoire ATOM. "

S'il y a des avantages à la trajectoire ondulante qu'empruntent les papillons, pourquoi les abeilles ou les mouches ne l'utilisent-elles pas ?

"Cette étude montre que les mouvements coordonnés des ailes et du corps suivant une trajectoire cahoteuse nécessitent une puissance moindre pour une aile battante à l'échelle du monarque, " dit-il. " Pour les insectes plus petits, cet avantage de puissance réduit, c'est probablement pourquoi ils volent sur une trajectoire rectiligne."

Que les papillons utilisent un modèle de vol biologiquement prédéterminé ou simplement des ondulations aléatoires est l'une des nombreuses questions pour les recherches futures. Sridhar étudie également la façon dont les papillons sélectionnent les altitudes de vol.

« les monarques sont connus pour voler à différentes hauteurs du sol le long de leur route de migration, que nous trouvons très intéressant, ", dit-il. "Nous ne savons pas pourquoi ils choisissent de voler plus haut plutôt qu'au niveau du sol."

À des altitudes plus élevées, la densité de l'air réduite peut profiter au vol du monarque, théorisent les scientifiques.

"Donc, pour tester ça, nous avons effectué des expériences avec des papillons monarques à l'intérieur de la grande chambre à vide du UAH Propulsion Research Center, où nous avons enregistré les vols à faible densité d'air jusqu'à 4, 000 mètres d'altitude, " dit Sridhar. " Cela nous aide à observer comment les mouvements de leurs ailes et de leur corps changent à mesure que la densité de l'air diminue. "

En outre, les chercheurs utilisent des simulations informatiques pour étudier comment l'air à faible densité affecte la flexibilité des ailes du monarque.