الهام گرفتن از مارهای پرنده و کاربرد آن در تولید انرژی

در اصل سه گونه از مارهای پرنده وجود دارند که همه به گونه‌ی Chrysopelea مربوط می‌شوند و تقریبا همه‌ی آن‌ها در جنگل‌های جنوب و جنوب شرق آسیا یافت می‌شوند. این مارها با چرخاندن دنده‌های خود بدن خود را صاف می‌کنند و با حرکاتی مشابه زمانی که بر روی زمین می‌خزند در هوا پرواز می‌کنند.

Jake Socha استاد بیومکانیک دانشگاه Virginia Tech با استفاده از لوله‌ها مدلی فیزیکی درست مشابه با این مارها ساخت و در تونل باد مورد آزمایش قرار داد. بر اساس مشاهداتی که آن‌ها از حیوانات واقعی داشتند انتظار داشتند که مدل با افزایش زاویه‌ی حمله (زاویه‌ی نوک شی با جریان هوای روبرو) نیروی ایرودینامیکی بالابر بیشتری را متحمل شود و در نتیجه آن در نهایت متوقف شود و به زمین بیافتد. در کمال تعجب آن‌ها مشاهده کردند که میزان نیروی بالابر تا زاویه‌ی 30 در جه افزایش یافت و در 35 درجه افزایش شدید و پس از کاهش ملایمی را نشان داد.

اما چرا این اتفاق می‌افتاد؟ در اینجا Lorena Barba استاد مکانیک و هوافضای دانشگاه واشنگتن وارد عمل شد و به بررسی این موضوع پرداخت. آن‌ها بر اساس مدل رایانه‌ای که از بخش باله مانند بدن مارها ساختند و براساس شبیه سازی‌های محاسباتی دینامیک سیالات آن‌ها مشاهده کردند که اتفاقی درست مشابه با آزمایش پروفسور Socha اتفاق می‌افتد، پس آن‌ها تصمیم گرفتند با تمرکز بر روی بخش پروازی این مدل به بررسی بیشتر علت این موضوع بپردازند.

بنابریافته‌های آن‌ها در زاویه‌ی مشخصی منحنی‌های بدن حیوان موجب پدید آمدن گردابه‌هایی در هوای گذرنده می‌شوند که در نتیجه‌ی آن‌ها حیوان به سمت بالا کشیده می‌شود. هر چند آن‌ها در خصوص نقش برخی از حرکات خاص نظر مشخصی ندارند ولی در آینده می‌خواهند بررسی‌های بیشتری را در این خصوص به وسیله‌ی شبیه سازی‌های رایانه‌ای انجام دهند و امیدوارند این بررسی‌ها بتواند در آینده‌ای نه چندان دور کاربردهای عملی داشته باشد.

به گفته‌ی او این یافته‌های می‌توانند در زمینه‌هایی همچون سیستم‌های جریان هوا با مصرف انرژی پایین تر، توربین‌های بادی یا زمینه‌هایی کاملا متفاوت با این‌ها کاربردهای زیادی داشته باشد، مشابه این مورد پیش از این در الهام گیری از وال‌های کوهان دار برای ساخت توربین‌های بادی و پره‌های بالگردها وجود داشته است.

جزییات پژوهش این گروه در نشریه‌ی Physics of Fluids به چاپ رسیده است.