비행 뱀은 과학자들이 새로운 로봇을 설계하도록 돕습니다. 전산 모델링은 기복이 있는 날아다니는 뱀이 양력을 달성하고 수백 피트를 활공할 수 있는 메커니즘을 보여줍니다. 날짜:2022년 12월 13일 원천:미국 물리학 연구소 요약:연구원들은 포식자를 피하거나 빠르고 효율적으로 이동하기 위해 나무 꼭대기에서 땅으로 이동할 때 좌우로 물결치는 날아다니는 뱀의 양력 생산 메커니즘을 탐구합니다. 조사관은 뱀의 고속 비디오를 통해 얻은 데이터에서 파생된 계산 모델을 개발하고 뱀이 다가오는 기류와 기복의 빈도로 형성하는 공격 각도와 같은 몇 가지 기능을 고려하여 어떤 것이 중요한지 결정했습니다. 활공 생성.
로봇은 걷기와 수영과 같은 동물의 움직임을 모방하는 방식으로 움직이도록 설계되었습니다. 과학자들은 현재 날아다니는 뱀이 보여주는 활공 동작을 모방하는 로봇을 설계하는 방법을 고려하고 있습니다.
AIP Publishing 의 Physics of Fluids 에서 버지니아 대학교와 버지니아 공대의 연구원들은 날아다니는 뱀의 리프트 생산 메커니즘을 탐구했습니다. 이 뱀은 포식자를 피하거나 빠르고 효율적으로 이동합니다. 기복 덕분에 뱀은 15미터 높이의 탑에서 25미터나 되는 장거리를 활공할 수 있습니다.
기복이 양력을 제공하는 방법을 이해하기 위해 연구자들은 날아다니는 뱀의 고속 비디오를 통해 얻은 데이터에서 파생된 계산 모델을 개발했습니다. 이 모델의 핵심 구성 요소는 길쭉한 프리스비 또는 플라잉 디스크와 유사한 뱀 몸체의 단면 모양입니다.
단면 모양은 뱀이 지금까지 어떻게 미끄러질 수 있었는지 이해하는 데 필수적입니다. 프리스비에서 회전하는 디스크는 디스크 아래에 공기압을 증가시키고 상단을 흡입하여 디스크를 공중으로 들어 올립니다. 몸 전체에 동일한 유형의 압력 차이를 만들기 위해 뱀은 좌우로 물결치며 등 위의 저압 영역과 배 아래의 고압 영역을 생성합니다. 이것은 뱀을 들어 올려 공기를 통해 미끄러지도록 합니다.
"뱀의 수평 파동은 앞쪽 가장자리 와류(LEV)와 뒤쪽 가장자리 와류(TEV)를 포함한 일련의 주요 와류 구조를 생성합니다."라고 저자인 버지니아 대학교의 Haibo Dong은 말했습니다. "뱀 몸체의 등쪽 또는 뒤쪽 표면에 있는 LEV의 형성 및 발달은 양력을 생성하는 데 중요한 역할을 합니다."
LEV는 머리 근처에서 형성되고 몸을 따라 뒤로 이동합니다. 조사관은 LEV가 떨어지기 전에 뱀 몸의 곡선에서 더 긴 간격으로 유지된다는 것을 발견했습니다. 이러한 곡선은 기복 중에 형성되며 리프트 메커니즘을 이해하는 데 중요합니다.
그룹은 활공을 생성하는 데 중요한 요소를 결정하기 위해 다가오는 기류와 기복의 빈도로 뱀이 형성하는 공격 각도와 같은 몇 가지 기능을 고려했습니다. 자연 환경에서 날아다니는 뱀은 일반적으로 초당 1-2회 빈도로 파동을 일으킵니다. 놀랍게도 연구원들은 더 빠른 기복이 공기역학적 성능을 감소시킨다는 것을 발견했습니다.
"우리가 보는 일반적인 경향은 주파수 증가가 소용돌이 구조의 불안정성을 초래하여 일부 소용돌이 튜브가 회전하게 한다는 것입니다. 회전하는 소용돌이 튜브는 표면에서 분리되는 경향이 있어 양력이 감소합니다."라고 Dong은 말했습니다.
과학자들은 그들의 발견이 미끄러지는 동작에 대한 이해를 높이고 미끄러지는 뱀 로봇을 위한 보다 최적의 설계로 이어지기를 희망합니다.