Anatomia de microbug incomum demonstrada para otimizar o peso da asa – as descobertas podem beneficiar o pequeno design de drones

Os cientistas de Skoltech e MSU descobriram a vantagem obtida por insetos microscópicos de suas asas semelhantes a penas, que são diferentes das de libélulas, abelhas, mosquitos e outros insetos familiares. Uma asa composta em grande parte de cerdas que ficam um pouco separadas uma da outra é mais leve que a asa membranosa convencional que vem em uma peça.

Essa vantagem é crucial para os microinsectos, que são fortemente afetados pela resistência ao ar. Eles o superam com os movimentos da asa que lembram os feitos por remos no remo. As descobertas podem ser úteis quando a miniaturização de veículos aéreos não tripulados do tamanho de insetos atingir essas dimensões verdadeiramente pequenas e subilimétricas. O estudo foi lançado no diário Anais da Academia Nacional de Ciências e apareceu na capa da edição.

Drones em pequena escala que imitam alguns dos recursos observados nos insetos até agora continuam sendo uma curiosidade do laboratório, mas com novos avanços na tecnologia, eles podem ser úteis para coletar informações em que tamanho compacto, discreto ou furtividade são essenciais. Algum dia, enxames de drones inspirados a insetos podem se tornar viáveis ​​para operações de busca e salvamento, monitoramento de infraestrutura em espaços apertados, como em elevadores ou eixos de ventilação, observando animais selvagens na natureza ou reunindo Intel.

Os menores drones controláveis ​​são o Piccolissimo da Universidade da Pensilvânia, que mede 2,5 centímetros e pesa 2,5 gramas, Robobee de 3 centímetros de Harvard (2012) e a recentemente revelada Drone de Mosquito de 0,5 grama, criada na Universidade Nacional de Tecnologia Nacional de Defesa. Os dois últimos dependem do voo alado. As hélices, principalmente, tendem a criar mais ruído e causar maiores danos no caso de uma colisão.

O que Hampers ainda mais a miniaturização, além dos desafios óbvios com o tamanho da bateria, é a mecânica do próprio vôo. Tomando microbugas como exemplo, em uma escala tão pequena, as forças de atrito viscoso de ar acabam sendo comparáveis ​​às forças de inércia de um inseto voador. Portanto, torna -se mais difícil para esses panfletos “percorrer” o ar do que para criaturas maiores. Consequentemente, as asas dos menores insetos são organizadas de maneira inesperada.

“Há muito se sabe que o tamanho de cerca de um milímetro apresenta algo de uma linha de divisão, onde insetos maiores têm asas membranosas familiares e muitas das espécies de menor tamanho empregam asas que consistem em cerdas separadas com intervalos entre eles. Não foi claro o porquê”, disse o principal autor do estudo, professor assistente Dmitry Kolomenskiy de Skoltch Materials.

A questão de por que os microinsectos usam asas semelhantes a penas é de importância mais do que teórica. A maneira como a seleção natural funciona, nenhuma solução desenvolvida pelos folhetos na natureza vale a pena emprestar para o design de drones. Até que a forma da asa esteja ligada às vantagens de vôo, sempre existe a possibilidade de que essa peça de anatomia em particular evoluiu para atrair outros insetos, propagar odores ou para qualquer outro benefício inútil para um drone.

Os autores do estudo Skoltech-MSU coletavam dados em uma dúzia de espécies relacionadas a besouros de vários tamanhos, analisaram a estrutura de suas asas e confirmaram que a presença de asas do tipo penas é bem explicada por considerações mecânicas.

Não é de surpreender que essa estrutura minimize a massa da asa: se você pegou uma régua de plástico e eliminou a maior parte do material, deixando apenas o primeiro milímetro em cada centímetro intocado, essa estrutura em forma de pente reduziria claramente o peso. Também seria inútil voar no mundo em larga escala de pássaros ou mesmo mosquitos, é claro, mas o design funciona para microinsectos.

“Achamos que os comprimentos e os diâmetros das cerdas na asa são tais que impedem a flexão excessiva. E os intervalos entre as cerdas são maximizados, garantindo que elas permaneçam próximas o suficiente para impedir o fluxo de ar através da asa durante o vôo. Especificamente, os intervalos são cerca de 10 vezes o diâmetro dos bristles.

“Uma expansão adicional dos intervalos não seria viável para voar, e posicionar as cerdas mais próximas tornaria a asa desnecessariamente mais pesada”, explicou o co-autor do co-autor, o cientista sênior do cientista Petrov, da Lomonosov Moscow State University.

De acordo com os pesquisadores, enquanto os engenheiros lidam com a questão do tamanho da bateria e outros obstáculos técnicos que impedem a miniaturização adicional de drones semelhantes a insetos, as estruturas que imitam asas de cerdas podem encontrar aplicações em fluidos de bombeamento através de tubos ultrafinos e filtrando partículas microscópicas. Além disso, certos materiais avançados poderiam teoricamente tornar a arquitetura das asas cerradas viável em uma escala um pouco maior do que na natureza.