قرن‌هاست که دانشمندان پرندگان را مطالعه می‌کنند. این مطالعات فقط با هدف شناخت پرندگان انجام نمی‌شود و در بسیاری از زمینه‌های علمی و فناوری کاربرد دارد. اکنون هم گروهی از ریاضی دانان دانشگاه نیویورک موفق به شناسایی شکل پر ایده‌آل برای پرواز سریع شدند. این یافته‌ها طراحی روش‌های بهتر برای جذب انرژی از آب و افزایش سرعت سفرهای هوایی را نوید میدهد.
روش این محققان براساس تکنیکی طراحی شده بود که زیست‌شناسی تکاملی را شبیهسازی می‌کرد تا مشخص بشود کدام ساختار بیشترین سرعت را خواهد داشت. لیف ریستروف، استادیار دانشگاه نیویورک و از اعضای تیم تحقیقاتی درباره این یافته‌ها می‌گوید:
«ما می‌توانیم با ساخت چندین پر با اشکال مختلف، زیست‌شناسی تکاملی را در آزمایشگاه شبیهسازی کنیم و بین آنها برای رسیدن به یک هدف مشخص که در اینجا سرعت است، رقابت بگذاریم. در نهایت هم بهترین شکل پر را برای ساخت اشکال مرتبطی که کارایی بهتری دارند، پرورش بدهیم.»
محققان برای رسیدن به این نتایج چند سری آزمایش انجام دادند. آنها با فناوری پرینت سه بعدی، بال‌های سه بعدی ساختند که با حرکت مکانیکی با یکدیگر مسابقه می‌دادند. برنده‌ها هم از طریق یک الگوریتم تکاملی یا ژنتیکی پرورش مییافتند تا پرندههای سریعتر متولد بشوند.
برای شبیهسازی این فرایند پرورش تکاملی، محققان کارشان را با آزمایش روی ۱۰ شکل پر متفاوت شروع کردند و سرعت نیروی محرکه آنها را اندازه گرفتند. سپس الگوریتم سریعترین جفت‌های پر را انتخاب کرد و ویژگی‌های آنها را ترکیب کرد تا فرزندان سریع‌تری از آنها بسازد. سپس محققان این پرهای تازه متولد شده را با پرینتر سه بعدی ساختند و تست کردند. این فرایند برای ساخت ۱۵ نسل از پرها تکرار شد و همیشه هر نسل سریعتر از نسل قبلی بود (به خاطر شکل پر بهتر).
این فرایند نجات سریعتر در الگوریتم تکاملی موفق به شناسایی خودکار سریعترین پر با شکل اشکی شد. این شکل پر جریان تولید نیروی محرکه را هم به شکل کارآمدی تغییر می‌داد. از آنجایی که محققان اشکال زیادی از پرها را در این تحقیق مورد آزمایش قرار دادند، به راحتی توانستند مشخص کنند کدام جنبه از پر عامل سرعت بالا بودند.
نتایج نشان داد سریعترین اشکال پر لبه‌های نوک تیز دارند که به ایجاد گرداب‌های قوی یا جریان‌های چرخشی در طول پرواز کمک می‌کنند. به این ترتیب بال می‌تواند همزمان با کنار زدن هوا یا آب، دنباله‌ای از این گرداب‌ها بسازد.
شاید پیدا کردن سریعترین شکل پر چندان مهم به نظر نرسد اما می‌تواند مشکلات مهندسی پیچیده را حل کند. این راهکارهای مهندسی فقط به ساخت دستگاه‌های پروازی محدود نمی‌شود و به حوزه انرژی‌های آبی هم کمک زیادی خواهد کرد.
دیدگاهتان را بنویسید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.