Los aviones no tripulados conocidos como drones, utilizado por aficionados, investigadores y la industria para tomar imágenes aéreas y realizar otras tareas, son cada vez más populares y más pequeños. Pero esa miniaturización, que ha producido drones que caben en la palma de una persona, ha comenzado a chocar con las leyes de la física.

Las palas de rotor giratorias como las de un helicóptero solo pueden reducirse hasta cierto punto antes de que la fricción del aire supere la fuerza de sustentación. causando que los pequeños motores se sobrecalienten y fallen. Por eso los ingenieros en un esfuerzo por desarrollar pequeños drones que algún día podrían monitorear las tuberías de gas natural en busca de fugas o incluso lanzarse entre las flores para ayudar a polinizar los cultivos, están cada vez más interesados ​​en el vuelo de las alas de los insectos flotantes.

La naturaleza ha sugerido lo que los científicos están empezando a comprender en teoría:"El batir de alas puede reducirse casi indefinidamente" y aún así producir suficiente fuerza de sustentación. dijo Mark Jankauski, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica e Industrial de la Facultad de Ingeniería Norm Asbjornson de la Universidad Estatal de Montana.

Pero crear versiones artificiales de los intrincados diseños de los insectos es otro asunto. Eso es porque la mecánica precisa de batir alas sigue siendo poco conocida, según Jankauski, que se especializa en el campo.

Ahora, respaldado por una subvención de tres años de $ 370, 000 de la National Science Foundation, Jankauski está liderando un proyecto para mapear la física del vuelo con aleteo de nuevas formas, incluso con modelos analíticos más eficientes que podrían simplificar drásticamente el proceso de diseño de las alas.

"Todavía queda mucho trabajo por hacer antes de que (batir las alas) sea una tecnología viable para una aplicación, "Dijo Jankauski." Este es un punto de partida ".

Socio de Jankauski en el proyecto, Erick Johnson, profesor asistente de ingeniería mecánica de la MSU, se especializa en los modelos informáticos que simulan cómo las estructuras, como las alas, interactúan con los fluidos, incluido el aire. El comportamiento de flexible, batir las alas es extremadamente complejo, él dijo.

"Mis modelos tardan días o semanas en ejecutarse" en una computadora promedio, Johnson dijo. En comparación, los modelos que desarrollen los investigadores serán "casi instantáneos, " él dijo, y agregó que "es un campo fascinante en el que estar".

Lograr eso significará encontrar aproximaciones para las complicadas ecuaciones que de otro modo serían procesadas por los modelos de computadora. Para hacer eso, Jankauski y Johnson tomarán medidas detalladas de las alas batientes reales.

En su laboratorio, los investigadores tienen un dispositivo que puede doblar con precisión réplicas de alas para crear mapas geométricos detallados de cómo las alas responden a diversas fuerzas. También estarán experimentando con otras plataformas de prueba que replican y miden el vuelo de los insectos aleteadores, según Jankauski.

En el final, Los nuevos modelos podrían permitir a los diseñadores considerar miles de posibles diseños de alas y obtener comentarios rápidos sobre cuál serviría mejor para levantar y maniobrar pequeños drones. Los modelos también podrían usarse para ayudar a controlar el vuelo de los drones calculando, por ejemplo, el paso de ala o la velocidad de aleteo necesarios, según Jankauski.

El proyecto también contribuirá a un campo de la ciencia en crecimiento que explora las características extraordinarias de los volantes biológicos de manera más general. "Se puede obtener una gran cantidad de conocimientos sobre el mundo mediante el estudio de los insectos y cómo interactúan con sus entornos, "Dijo Jankauski.