Gli uccelli ispirano il volo umano da secoli, ma Shabnam Raayai ritiene che possano anche offrire lezioni sulla riduzione del consumo energetico.

Membro del Rowland Institute di Harvard, Raayai lavora per estrarre la fisica con applicazioni pratiche da fenomeni naturali, siano essi uccelli in volo o scaglie di squali. Prendendo spunto dalle formazioni di volo a forma di V degli uccelli migratori, il team di Raayai ha rivelato nuove intuizioni su come il volo dei veicoli aerei senza pilota, come i droni, potrebbe essere progettato per consentire una maggiore durata delle fonti di energia.

I risultati sarebbero applicabili anche a tutti i tipi di movimento collettivo attraverso il mezzo, dai veicoli che si muovono sott’acqua al modo in cui le zone di vegetazione potrebbero essere organizzate per il controllo delle inondazioni. L'articolo di ricerca, intitolato "Impact of bio-inspired V-formation on flow past arrangiamento di oggetti non sollevabili", è pubblicato sulla rivista Physics of Fluids .

La ricerca sull'ottimizzazione del volo di gruppo non è nuova, ma la maggior parte di questi esperimenti si è concentrata su velivoli ad ala fissa, in cui la portanza meccanica è generata dalla forma delle ali, dicono i ricercatori. Meno si sa sulle parti "non sollevabili" dei veicoli, come le carrozzerie di piccole imbarcazioni a elica, che stanno diventando sempre più importanti in contesti industriali e militari. "E se i nostri dispositivi o veicoli non avessero ali fisse?" Ha detto Raayai. "Come cambia la fisica del flusso?"

Rispondere a queste domande richiedeva una configurazione sperimentale creativa che prendesse in considerazione sia l’accuratezza della misurazione che l’efficacia dei costi. Utilizzando un tunnel d'acqua e cilindri per rappresentare i veicoli in volo, il team ha utilizzato una tecnica chiamata velocimetria dell'immagine delle particelle per misurare il campo di flusso attorno a ciascun oggetto. Un singolo laser e quattro fogli di luce che si intersecano hanno creato uno spazio completamente illuminato, in cui i ricercatori hanno utilizzato immagini ad alta velocità per catturare il modo in cui le diverse disposizioni influenzavano la resistenza di ciascun oggetto. Poiché l'acqua e l'aria sono entrambi fluidi newtoniani, semplici calcoli consentono l'estrapolazione per una varietà di applicazioni.

Tra le loro osservazioni:in una configurazione, hanno riscontrato una riduzione della resistenza aerodinamica del 45% per i membri della seconda fila dietro al leader e alcuni ulteriori vantaggi in termini di riduzione della resistenza per il leader. Secondo i dati, tali vantaggi diminuiscono man mano che l'angolo della V si allarga.

Raayai ha sottolineato che le misurazioni rappresentano un insieme di principi di base da cui diversi ricercatori o industrie potrebbero applicare i propri parametri per l'ottimizzazione. "L'ottimizzazione ha molteplici percorsi, a seconda di ciò che si vuole fare", ha affermato. "Vuoi che tutti e sette i membri utilizzino la stessa quantità di batteria tra il punto A e il punto B? In tal caso, dovrai trovare un modo per cambiare la posizione dei membri durante il volo."

In definitiva, Raayai vuole contribuire a tracciare un percorso verso la decarbonizzazione offrendo nuovi modi per ridurre il consumo di energia e procedere verso l’elettrificazione. E la natura ha un modo di darle una spintarella.

"Molti animali scelgono di manovrare in gruppo, e questo è vantaggioso per loro:quelli che camminano e quelli che nuotano o volano", ha detto.

Ulteriori informazioni: Prasoon Suchandra et al, Impatto della formazione a V bio-ispirata sulle disposizioni del flusso passato di oggetti non sollevabili, Fisica dei fluidi (2024). DOI:10.1063/5.0186287

Informazioni sul giornale: Fisica dei fluidi

Fornito dall'Università di Harvard

Questa storia è pubblicata per gentile concessione della Harvard Gazette, il giornale ufficiale dell'Università di Harvard. Per ulteriori notizie sull'università, visita Harvard.edu.