درحالی‌که هواپیماها با تغییر بخشی از بال خود در آسمان مانور می‌دهند، پرندگان می‌توانند شکل تمام بخش‌های بال خود را تغییر داده و در حالت‌های متفاوتی از قبیل شیرجه رفتن، اوج گرفتن و سوارشدن روی جریان‌های باد ساحلی قرار گیرند.
به‌این‌ترتیب آن‌ها کارایی و چابکی بسیار بیشتری نسبت به هواپیماها دارند. این مطالعه جدید در مورد بال‌های کبوتر نه‌تنها الگویی ساده‌تر برای نحوه کار بال‌ها ارائه داده است، بلکه به مهندسان این امکان را داده تا دانش خود را در یک ماشین پرواز زیرکانه ادغام کنند.
محققان امیدوارند که ربات کبوتری یا PigeonBot الهام‌بخش مهندسان برای ساخت ماشین‌های جدید پرواز و همچنین افرادی که در حال مطالعه ویژگی‌های مختلف پرندگان هستند، باشد.
اندازه‌گیری‌های اعضای این تیم پژوهشی به آن‌ها امکان ایجاد مدلی از پرواز کبوتر را می‌دهد که در آن فقط دو متغیر را تغییر می‌دهند: زاویه کلی بال و زاویه مفصل انگشت در بخش میانی آن. در این محل یک تاندون انعطاف‌پذیر، مانند یک نوار لاستیکی، زاویه تمام پرها را پشت سر هم تغییر می‌دهد.
دکتر دیوید لنتینک (David Lentink) استادیار رشته مهندسی پرواز و سرپرست این تیم تحقیقاتی در رابطه با ربات کبوتری گفت: «شما به‌سادگی می‌توانید از اسکلت و جسد پرنده‌ها برای مطالعه ساختار بدنی آن‌ها استفاده کنید.
تعداد زیادی اسکلت و فسیل پرندگان مختلف در موزه‌ها وجود دارند. به‌این‌ترتیب ما قادر هستیم بدون این‌که به پرندگان آسیب برسانیم، مطالعات مربوط به پرواز روبات خود را انجام دهیم.»
لورا ماتلوف (Laura Matloff) دانشجوی تحصیلات تکمیلی دانشگاه استنفورد که در پروژه مطالعات حاضر است، در این رابطه گفت: «من در ابتدا این موضوع را فقط با یک سوال شروع کردم: چگونه پرهای پرندگان جداگانه و درعین‌حال باهم کار می‌کنند؟»
ماتلوف مدت‌ها بود که به‌عنوان داوطلب در بیمارستان حیات‌وحش فعالیت داشته و به حیوانات علاقه‌مند است. وی همواره علاقه داشت که دانش زیست‌شناسی را به مهندسی پیوند بزند.
وی در جریان یکی از پژوهش‌های خود به اندازه‌گیری ساختار بدن کبوترها، سیستم‌های ضبط حرکت و اندازه‌گیری چگونگی حرکت پرهای آن‌ها در هنگام ایجاد تغییر در استخوان‌های آن‌ها پرداخت.
ساخت بال برای هواپیما به صورتی که بخش‌های مختلف آن مانند پرهای یک کبوتر قابل‌کنترل و تغییر باشد، همواره برای مهندسان هوافضا یک رؤیا محسوب می‌شد. از سوی دیگر در دنیای واقعی، بال کبوتر واقعی بسیار ساده‌تر از این تصورات عمل می‌کرد.
اندازه‌گیری‌های اعضای این تیم پژوهشی به آن‌ها امکان ایجاد مدلی از پرواز کبوتر را می‌دهد که در آن فقط دو متغیر را تغییر می‌دهند: زاویه کلی بال و زاویه مفصل انگشت در بخش میانی آن. در این محل یک تاندون انعطاف‌پذیر، مانند یک نوار لاستیکی، زاویه تمام پرها را پشت سر هم تغییر می‌دهد.
سوال بسیار مهمی که در این شرایط پیش می‌آید، این است که چگونه پرها در مجاورت هوایی که از کنار آن‌ها با سرعت می‌گذرد، قفل می‌شوند؟ پژوهشگران به کمک دستگاه‌های سی‌تی‌اسکن بسیار کوچک و میکروسکوپ‌های الکترونیکی، موفق به شناسایی و کشف سیستم میکروسکوپی باشکوهی از میله‌ها و قلاب‌ها شدند که هنگام باز شدن بال‌ها، در مفصل پرندگان فعال می‌شوند. آن‌ها اندازه‌گیری کردند که چگونه این مفصل‌های جهت‌دار، در برابر نیروهای قوی در یک تونل باد مقاومت می‌کنند.
اریک چانگ (Eric Chang) یکی دیگر از دانشجویان تحصیلات تکمیلی دانشگاه استنفورد به شمار می‌رود که از کودکی به کشیدن پرندگان و سایر جانورانی که قادر به پرواز هستند از قبیل خفاش‌ها و حشرات، علاقه‌مند بود.
او به‌عنوان کارشناس به یک تیم طراحی هواپیماهای کوچک پیوسته و از دانش خود برای کمک به تحقیقات تیم پژوهشی ماتلوف و پیش برد دو دهه دانش روبات‌های پرنده، الهام گرفته است.
این تیم تحقیقاتی 40 قطعه پر واقعی کبوتر را روی یک اسکلت مصنوعی قرار داد که می‌تواند در دونقطه مهم یعنی در بخش پایه و مفصل انگشت حرکت کند. در این اسکلت پرنده همان‌طور که محققان در مطالعه مفصل پرندگان واقعی مشاهده کرده بودند، نوارهای لاستیکی قادر به کنترل زاویه پرها است.
آن‌ها همچنین این روبات را با یک پیشران، دم مصنوعی و سیستم هدایت، كنترلرها و حسگرها تركیب كردند و آن را در تونل باد و همچنین در فضای آزاد با استفاده از یک کنترل از راه دور، هدایت کردند. كردند. شرح کامل این آزمایش، پس از اثبات موفقیت روبات در پرواز شبیه‌سازی‌شده، در مجله تخصصی علوم روباتیک یا Science Robotics منتشر شد.
اریک چانگ در رابطه با این تجربه اعلام کرد: «هنگامی‌که سرانجام روبات پرواز کرد، تمامی اعضای گروه احساس آرامش کردند. وقتی روبات پرنده ما برای نخستین بار پس از پرواز با موفقیت به زمین نشست و هنوز سالم بوده و قطعه‌قطعه نشده بود را به‌خوبی به یاد می‌آورم. بعدازاینکه با موفقیت روبات کبوتری را به زمین نشاندم، احساس فوق‌العاده‌ای داشتم و فکر کردم حالا می‌توانم راحت‌تر نفس بکشم.»
روبات کبوتری بوت تمامی روش‌های رایج مهندسی هوافضا را برای بیان شرح وظایف هر قطعه ماشین پرنده کنار گذاشته و به شکل یک مدل ساده‌تر که با سهولت پرواز می‌کند، ظاهر می‌شود.
لنتینک کاربردهای مختلفی را برای این پژوهش، پیش‌بینی می‌کند. ممکن است یک شرکت بتواند از اندازه‌گیری‌های خود برای توسعه نوع جدیدی از مفصل‌های پروازی استفاده کرده و این طرح، روش دیگری است که مهندسان هوافضا می‌توانند مدل ساده‌تر پرواز را در نظر بگیرند.
اعضای این تیم تحقیقاتی برای درک بهتر این فرایند، به بررسی شرایط پروازی انواع مختلف پرندگان ازجمله عقاب‌ها و کرکس‌ها مانند عقاب کله طاس و کرکس‌های کالیفرنیایی پرداختند.
سرپرست این تیم تحقیقاتی در خاتمه اظهار داشت: «در حال حاضر ما می‌توانیم یک کرکس روباتیک طراحی کرده و به کمک این فناوری به بررسی نحوه زندگی و پرواز کرکس‌های کالیفرنیایی بپردازیم و به‌این‌ترتیب ازاین‌گونه جانوری درخطر انقراض، محافظت کنیم.»
گفتنی است این تحقیقات هنوز در مراحل اولیه قرار داشته و پژوهشگران امیدوارند با تکمیل و ادامه این پروژه، در آینده روبات کبوتری خود را توسعه داده و تکمیل کنند. شرح کامل این پژوهش و یافته‌های به‌دست‌آمده از آن، در آخرین شماره مجله تخصصی ساینس journal Science منتشرشده و در اختیار پژوهشگران قرار دارد.
مترجم: احسان محمدحسینی
No tags for this post.