Des scientifiques cherchant à comprendre la mécanique du vol des oiseaux ont construit PigeonBot, un robot composé de 40 plumes de pigeon (et de quelques autres composants).
Alors que l'airles avions manoeuvrent en modifiant leurs éléments alaires, les oiseaux peuvent transformer la forme de leurs ailes entières pour plonger, s'incliner et côtoyer dans les airs, augmentant à la fois leur efficacité et leur agilité. Cette nouvelle étude sur les ailes de pigeon a non seulement fourni un modèle plus simple pour le fonctionnement des ailes d'oiseau mais a permis aux ingénieurs d'intégrer ces connaissances dans un agile machine volante. Les chercheurs espèrent que PigeonBot fournira une inspiration pour ceux qui construisent des machines volantes, ainsi que ceux qui étudient les oiseaux.
"Vous pouvez simplement utiliser le cadavre d'un oiseau, et il y en a beaucoup dans les musées, pour développer un robot sans nuire à aucun animal pour étudier leur vol", a déclaré à Gizmodo David Lentink, l'auteur correspondant des études et professeur adjoint de génie mécanique.
«J'ai commencé par une seule question: HComment les plumes individuelles fonctionnent-elles ensemble?" m'a dit Laura Matloff, Université de Stanford étudiant diplomé. Matloff était depuis longtemps intéressé par les animaux, ayant fait du bénévolat à l'hôpital de la faune quand il était enfant, et souhaitait intégrer les connaissances de la biologie à l'ingénierie. Elle a dirigé l'une des études qui mesuraient les cadavres de pigeons de qualité alimentaire en utilisant mouvement-systèmes de capture, prenant des mesures sur la façon dont les plumes se déplaçaient pendant qu'elles manipulaient les os.
Les ingénieurs aérospatiaux ont envisagén avion basé sur des ailes de pigeon, dans lequel les pilotes pourrait contrôler chaque plume individuelle. Mais en réalité, le vrai pigeon l'aile fonctionnait beaucoup plus simplement. Les mesures de l'équipe leur ont permis de créer un modèle de vol de pigeon qui a manipulé seulement deux variables: l'angle de l'aile globale et l'angle de l'articulation du doigt à mi-chemin à travers l'aile. Un flexile tendon bleu, comme un élastique, modifie l'angle de toutes les plumes en tandem.
Mais comment les plumes restent-elles verrouillées ensemble avec air qui passe leur? Scanners Micro-CT et un microscope électronique a jeté plus de lumière sur la fonction du système microscopique riche des barbes et des crochets qui s'activent lorsque les ailes sont déployées, comme aviaire Velcro. Ils ont mesuré comment ce «velcro directionnel», comme ils l'appelaient, a résisté à de fortes forces dans une soufflerie. Ils publié leurs résultats dans le journal Science.
Les intérêts d'enfance de l'étudiant diplômé de Stanford, Eric Chang, l'ont attiré des créatures volantes comme des oiseaux, des chauves-souris et des insectes, et il a rejoint une équipe de conception compétitive de petits avions en tant que premier cycle. Il a utilisé ses connaissances pour s'appuyer sur les recherches de Matloff et sur deux décennies de connaissances sur les robots inspirées des oiseaux de manière plus générale. L'équipe a mis 40 vrais pigeons plumes sur un squelette artificiel qui could se déplacer à deux endroits, à la base et à l'articulation du doigt, avec des élastiques contrôlant l'angle des plumes, recréant ce que les chercheurs ont vu dans les études sur le cadavre. Ils l'ont combiné avec une hélice, une queue et un gouvernail artificiels, des contrôleurs et des capteurs, et testé dans une soufflerie ainsi qu'à l'extérieur en utilisant un télécommande. Ils ont publié leurs recherches en science robotique.
L'équipe s'est sentie soulagée lorsqu'ils ont finalement fait voler le robot. "Je me souviens du premier jour où il a volé, après que nous l'ayons atterri avec succès et que tout était en un seul morceau, je me suis effondré sur ce terrain", a déclaré Chang. «C'était ce sentiment de "Oh mon Dieu, ça a vraiment fonctionné, et je peux respirer plus facilement en ce moment." "
PigeonBot contourne l'instinct de l'ingénierie aérospatiale pour articuler chaque pièce de la machine volante, en faveur d'un modèle plus simple qui volait avec facilité.
Lentink a vu diverses applications pour la recherche. Pune entreprise pourrait peut-être utiliser ses mesures pour développer un nouveau type de velcro, et le modèle est une autre façon pour les ingénieurs aérospatiaux d'envisager un modèle de vol plus simple. Mais il n'est pas aussi intéressé par les applications que par la recherche et l'enseignement. Il a imaginé un monde dans lequel les musées pourraient mieux étudier les oiseaux vol en créant des robots basés sur des spécimens déjà dans leurs collections. L'équipe a inclus des mesures comparant les forces que la plume Velcro pourrait résister à des espèces comme le roitelet de Cassin, le pygargue à tête blanche et le condor de Californie en voie de disparition.
"Vous pouvez recréer un condor par robot pour comprendre son comportement de vol, et utiliser ces informations pour aider l'espèce", a-t-il déclaré.
(Aussi, pour ceux d'entre vous qui craignent que les oiseaux ne soient drones du gouvernement, cette étude démontre que les ingénieurs ne savez toujours pas comment les oiseaux volent. Mais peut-être que vous pouvez vous inquiéter maintenant.)
Les chercheurs prévoient de poursuivre leurs études sur le robot pour explorer davantage la fonction directionnelle du Velcro et à take plus de mesures pour améliorer encore PigeonBot.
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