La ricerca sui droni si concentra su piccioni e gazze. / Drone research turns to pigeons and magpies

 La ricerca sui droni si concentra su piccioni e gazze. / Drone research turns to pigeons and magpies

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Negli Stati Uniti, gli ingegneri aerospaziali stanno guardando alle manovre a bassa quota di piccioni e gazze per trarre ispirazione per la prossima generazione di droni.

Guidato dal professore associato Samik Bhattacharya dell'Università della Florida Centrale (UCF), il gruppo studierà come gli uccelli muovono le ali ed usano la coda durante i momenti critici del decollo e dell'atterraggio. Analizzeranno i movimenti ed il flusso dell'acqua attorno a riproduzioni in 3D di uccelli in una vasca di prova, scegliendo piccioni e gazze dal becco nero per la loro anatomia alare simile ma per la diversa conformazione della coda.

"La coda della gazza è quasi il doppio di quella del piccione", ha affermato Bhattacharya, specializzato in fluidodinamica sperimentale. 

"Questo permette allo studio di isolare l'effetto del rapporto tra la superficie alare e quella della coda sull'aerodinamica, in modo che le differenze misurate tra le due specie possano essere attribuite principalmente alla coda piuttosto che a differenze nella geometria delle ali."

Un'area di particolare interesse per la ricerca è un fenomeno noto come getto dipolare, che si verifica quando un uccello muove rapidamente le ali durante l'atterraggio od il decollo. Il flusso d'aria creato dal movimento produce vortici sia sul bordo d'attacco che sul bordo d'uscita, e questi vortici controrotanti creano un getto di fluido tra di loro: un getto dipolare.

"Questo getto fornisce efficacemente una spinta od una portanza extra che compensa il fatto che la velocità di avanzamento di un uccello, e la portanza derivante dalla sua circolazione vincolata, sono troppo basse all'inizio od alla fine del volo per mantenerlo in aria da solo", ha affermato Bhattacharya.

"La potenza e la direzionalità di questo jet possono essere regolate tramite la fasatura dell'angolo di freccia e del beccheggio delle ali, controllando direttamente le forze che un uccello od un futuro UAV subisce durante la fase più delicata es a bassa velocità dell'atterraggio o del decollo."

Eseguendo gli esperimenti in una vasca d'acqua, il gruppo della UCF sarà in grado di visualizzare i getti dipolari utilizzando la diagnostica ottica ad alta risoluzione, nonché di migliorare le misurazioni del flusso d'aria. I risultati dello studio saranno condivisi con le industrie della robotica e aerospaziale, con l'obiettivo finale di realizzare droni più silenziosi ed agili.

"I droni ad ala fissa o battente ispirati agli uccelli potrebbero atterrare praticamente ovunque in modo silenzioso e sicuro: si pensi alle consegne sui tetti, al lancio di forniture mediche nelle zone colpite da calamità od ai droni di ispezione che si posano come gli uccelli invece di rimanere sospesi in aria", ha affermato Bhattacharya.

"Al di là del settore aeronautico, la ricerca rivela i segreti fondamentali di come gli animali si muovono nei fluidi: una conoscenza che potrebbe migliorare qualsiasi cosa, dalle turbine eoliche ai robot sottomarini."

ENGLISH

Aerospace engineers in the US are looking to the near-ground manoeuvres of pigeons and magpies to inspire the next generation of drones.

Led by Associate Professor Samik Bhattacharya at the University of Central Florida (UCF), the team will investigate how the birds sweep their wings and use their tails during critical moments of take-off and landing. They will study the movements and flow of water around 3D-printed birds in a water towing tank, with pigeons and black-billed magpies selected for their similar wing anatomy but diverging tails.

“The magpie’s tail is almost twice the size of the pigeon’s tail,” said Bhattacharya, who specialises in experimental fluid dynamics. 

“This lets the study isolate the effect of wing-to-tail area ratio on the aerodynamics so that the differences measured between the two species can be attributed largely to the tail rather than to differences in wing geometry.”

A particular area of focus for the research is a phenomenon known as dipole jets, which occur when a bird rapidly pitches its wings during landing or take-off. The airflow created by the movement produces both leading edge and trailing edge vortices, with these counter-rotating vortices creating a jet of fluid between them: a dipole jet.

“This jet effectively delivers a burst of extra lift or thrust that compensates for the fact that a bird’s forward speed, and the lift from its bound circulation, is too low at the start or end of flight to keep it airborne on its own,” said Bhattacharya.

“The strength and direction of this jet can be tuned through wing sweep and pitch timing, directly governing the forces a bird or a future UAV experiences during the most delicate, low-speed phase of landing or take-off.”

By conducting the experiments in a water tank, the UCF team will be able to visualise the dipole jets using high-resolution optical diagnostics, as well as improve airflow measurements. The results of the study will be shared with the robotics and aerospace industries, with an ultimate goal of delivering quieter and more agile drones.

“Bird-inspired fixed- or flapping-wing drones could land almost anywhere quietly and safely – think rooftop deliveries, medical supply drops in disaster zones or inspection drones that perch like birds instead of hovering,” said Bhattacharya.

“Beyond aviation, the research reveals fundamental secrets of how animals move through fluids – knowledge that could improve everything from wind turbines to underwater robots.”

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/drone-research-turns-to-pigeons-and-magpies?rcip=giuseppecotellessa%40libero.it&utm_campaign=Daily%20Bulletin%20-100926%20-%20Thursday&utm_content=&utm_term=https%3A%2F%2Fwww.theengineer.co.uk%2Fcontent%2Fnews%2Fdrone-research-turns-to-pigeons-and-magpies&utm_medium=email&utm_source=The%20Engineer