L'aereo senza pilota noto come droni, utilizzato da hobbisti, ricercatori e industria per acquisire immagini aeree e svolgere altri compiti, stanno diventando sempre più popolari e più piccoli. Ma quella miniaturizzazione, che ha prodotto droni che stanno nel palmo di una persona, ha iniziato a scontrarsi con le leggi della fisica.

Le pale rotanti del rotore come quelle di un elicottero possono essere ridimensionate solo di un po' prima che l'attrito dell'aria superi la forza di sollevamento, causando il surriscaldamento e il guasto dei piccoli motori. Ecco perché gli ingegneri, nel tentativo di sviluppare minuscoli droni in grado di monitorare un giorno le condutture del gas naturale alla ricerca di perdite o persino di sfrecciare tra i fiori per aiutare a impollinare le colture, sono sempre più interessati al volo delle ali svolazzanti degli insetti in bilico.

La natura ha suggerito ciò che gli scienziati stanno iniziando a capire in teoria:"Il battito delle ali può ridimensionarsi quasi indefinitamente" e produrre ancora una forza di sollevamento sufficiente, ha detto Mark Jankauski, professore assistente presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Industriale del Norm Asbjornson College of Engineering della Montana State University.

Ma creare versioni artificiali degli intricati disegni degli insetti è un'altra questione. Questo perché la meccanica precisa del battito delle ali rimane poco conosciuta, secondo Jankauski, chi è specializzato nel settore.

Ora, sostenuto da una sovvenzione triennale di $ 370, 000 dalla National Science Foundation, Jankauski sta conducendo un progetto per mappare la fisica del volo svolazzante in modi nuovi, anche con modelli analitici più efficienti che potrebbero semplificare notevolmente il processo di progettazione delle ali.

"C'è ancora molto lavoro da fare prima che (sbattere le ali) diventi una tecnologia praticabile per un'applicazione, " Jankauski ha detto. "Questo è un punto di partenza".

Partner di Jankauski nel progetto, assistente professore di ingegneria meccanica MSU Erick Johnson, è specializzato nei modelli al computer che simulano come le strutture come le ali interagiscono con i fluidi, compresa l'aria. Il comportamento di flessibile, sbattere le ali è estremamente complesso, Egli ha detto.

"I miei modelli impiegano giorni o settimane per funzionare" su un computer medio, ha detto Johnson. A confronto, i modelli che i ricercatori svilupperanno saranno "quasi istantanei, " Egli ha detto, aggiungendo che "è un campo affascinante in cui trovarsi".

Realizzare ciò significherà trovare approssimazioni per le equazioni complicate che altrimenti verrebbero sgretolate dai modelli al computer. Fare quello, Jankauski e Johnson effettueranno misurazioni dettagliate del battito delle ali reali.

Nel loro laboratorio, i ricercatori hanno un dispositivo in grado di piegare con precisione le repliche delle ali per creare mappe geometriche dettagliate di come le ali rispondono a varie forze. Sperimenteranno anche altri banchi di prova che replicano e misurano il volo degli insetti che svolazzano, secondo Jankauski.

Alla fine, i nuovi modelli potrebbero consentire ai progettisti di prendere in considerazione migliaia di possibili progetti di ali e ottenere un rapido feedback su quale sarebbe meglio servire per sollevare e manovrare piccoli droni. I modelli potrebbero essere utilizzati anche per aiutare a controllare il volo dei droni calcolando, ad esempio, il passo dell'ala o la velocità di sbattimento necessari, secondo Jankauski.

Il progetto contribuirà anche a un crescente campo della scienza che esplora le straordinarie caratteristiche dei volantini biologici più in generale. "C'è un'assoluta ricchezza di conoscenze da acquisire sul mondo attraverso lo studio degli insetti e il modo in cui interagiscono con i loro ambienti, " ha detto Jankauski.