L'avion sans pilote connu sous le nom de drones, utilisé par les amateurs, les chercheurs et l'industrie pour prendre des images aériennes et effectuer d'autres tâches, sont de plus en plus populaires et plus petits. Mais cette miniaturisation, qui a produit des drones qui tiennent dans la paume d'une personne, a commencé à se heurter aux lois de la physique.

Les pales de rotor en rotation comme celles d'un hélicoptère ne peuvent être réduites que dans une certaine mesure avant que le frottement de l'air ne dépasse la force de portance, provoquant la surchauffe et la défaillance des petits moteurs. C'est pourquoi les ingénieurs, dans le but de développer de minuscules drones qui pourraient un jour surveiller les fuites de gazoducs ou même se faufiler parmi les fleurs pour aider à polliniser les cultures, s'intéressent de plus en plus au vol des ailes battantes des insectes en vol stationnaire.

La nature a suggéré ce que les scientifiques commencent à comprendre en théorie :« Les ailes battantes peuvent diminuer presque indéfiniment » tout en produisant une force de portance suffisante, dit Mark Jankauski, professeur adjoint au Département de génie mécanique et industriel du Norm Asbjornson College of Engineering de l'Université d'État du Montana.

Mais créer des versions artificielles des dessins complexes des insectes est une autre affaire. C'est parce que la mécanique précise des battements d'ailes reste mal comprise, selon Jankauski, qui se spécialise dans le domaine.

Maintenant, soutenu par une subvention de 370 $ sur trois ans, 000 de la National Science Foundation, Jankauski dirige un projet visant à cartographier la physique du vol battant de nouvelles façons, y compris avec des modèles analytiques plus efficaces qui pourraient considérablement simplifier le processus de conception des ailes.

"Il y a encore beaucoup de travail à faire avant que (les ailes battantes) soient une technologie viable pour une application, " Jankauski a déclaré. "C'est un point de départ."

partenaire de Jankauski sur le projet, MSU professeur adjoint de génie mécanique Erick Johnson, se spécialise dans les modèles informatiques qui simulent la façon dont les structures comme les ailes interagissent avec les fluides, y compris aérien. Le comportement des flexibles, battre des ailes est extrêmement complexe, il a dit.

"Mes modèles mettent des jours ou des semaines à s'exécuter" sur un ordinateur moyen, dit Johnson. Par comparaison, les modèles que les chercheurs développeront seront « presque instantanés, " il a dit, ajoutant que "c'est un domaine fascinant dans lequel être".

Accomplir cela signifie trouver des approximations pour les équations compliquées qui seraient autrement traitées par les modèles informatiques. Pour faire ça, Jankauski et Johnson feront des mesures détaillées des ailes battantes réelles.

Dans leur laboratoire, les chercheurs disposent d'un appareil capable de plier avec précision des répliques d'ailes pour créer des cartes géométriques détaillées de la façon dont les ailes réagissent à diverses forces. Ils expérimenteront également d'autres bancs d'essai qui reproduisent et mesurent le vol des insectes battants, selon Jankauski.

À la fin, les nouveaux modèles pourraient permettre aux concepteurs d'envisager des milliers de conceptions d'ailes possibles et d'obtenir des commentaires rapides sur celle qui servirait le mieux à soulever et à manœuvrer de minuscules drones. Les modèles pourraient également être utilisés pour aider à contrôler le vol des drones en calculant, par exemple, le pas d'aile ou la vitesse de battement nécessaire, selon Jankauski.

Le projet contribuera également à un domaine scientifique en pleine croissance qui explore les caractéristiques extraordinaires des aviateurs biologiques de manière plus générale. "Il y a une richesse absolue de connaissances à acquérir sur le monde grâce à l'étude des insectes et de la façon dont ils interagissent avec leur environnement, " a déclaré Jankauski.