تعتبر حركة الرياح السريعة بين ناطحات السحاب في المناطق الحضرية عقبة كبيرة لأي شخص مهتم في تشغيل طائرات صغيرة بدون طيار، مع أنها لا تبدو مشكلة كبيرة للحمام أثناء المناورات بين الناطحات في سماء المدينة المضطربة، ونتيجةً لذلك، طور الباحثون في جامعة ستانفورد طريقة جديدة لتسجيل شكل أجنحة الطيور أثناء طيرانها.
وقال ديفيد لينتينك، أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية:
“نحن نحاول معرفة الكيفية التي تعطي الطيور القدرة على الطيران بشكل جيد في هذه البيئات المعقدة المضطربة، وكيفية تكيفها مع هبات الرياح السريعة عن طريق تغييرها لشكل جناحيها الأيسر والأيمن”.
تحول الطيور أجنحتها بأشكال لا تصدق، وحتى الآن لم نعرف سوى القليل عن الزاوية، والإلتواء، وعدم التماثل لكل حركة جناح.
بعد سبع سنوات من التطوير، فإنه من المحتمل أن مختبر لينتيك قد اكتشف الطريقة التي يتم من خلالها مراقبة مهارات الطيور بوثوقية أعلى.
فقد ابتكروا، باستخدم تقنية التصوير ثلاثي الابعاد، طريقة جديدة لتسجيل شكل الجناح الذي يعمل بسرعة عالية وبنتائج عالية الوضوح.
غالبًا ما تعتمد التقنيات الحالية لتسجيل حركة الحيوانات، على علامات تتبع تعلق على الحيوان أو ملامح الحيوان، مثل الرقبة أو البقع، وهو النهج الذي لا يمكن منه مباشرة أو تلقائيًا إعادة بناء سطح الجناح بأكمله بدقة عالية.
وهناك طرق أخرى تستخدم علامات ضوئية، بحيث تعتبر أكثر سهولة في التعامل معها على الرغم من بطئها في تسجيل رحلة الطيور.
وقد استخدم المختبر فكرة العلامات الضوئية المشُكلة، و لكن نموذجهم يتعامل تلقائيا مع تغييرات شكل الجسم في السرعات العالية و الدقة العالية.
وقال مارك ديتجين، وهو طالب دراسات عليا في مختبر لينتينك وكاتب أول للورقة:
“إن الشيء العظيم في هذا النظام هو أنه أول عملية إعادة إعمار بشكلٍ آلي وبسرعةعالية للطيور في العالم”.
يتكون إعداد التقنية من كاميرا تصوير فيديو متزامن مع جهاز للعرض و اثنين من أنماط متداخلة من الضوء؛ الطبقة الأولى هي شبكة كثيفة تسمح من خلالها بتغطية جزء كبير من سطح الطائر، كما ويعطي الباحثين صورة عالية الدقة.
أما الطبق الثاني، فهو مجموعة من خطوط متباعدة بشكل غير متساو، مثل الباركود،حيث يتم اسقاطها على الطبقة الأولى.
يؤكد النمط الثاني غير النظامي على أنه لا يمكن لمجالين من حقل الضوء أن يتشابهان.
عندما يطير الطائر من خلال هذه الأنماط، يعمل الجسم مثل شاشة العرض، و يستخدم خطوط مستقيمة من تشوه الضوء على أساس شكل الطائر.
واختبارًا لهذه التقنية، قام الباحثون بتدريب غاري، الببغاء البالغ من العمر 4 سنوات، على الطيران من مكان إلى آخر، مع الشبكة الخفيفة الموقعة على الببغاء.
وقد سمحت ألوان غاري الخفيفة للكاميرا بالتقاط نمط ضوء واضح، مثل شاشة العرض البروجكتور و كانت قريبة من اللون الأبيض.
سجلت المجموعة في هذه الورقة، السطح العلوي للبغباء فقط، ولكن من الممكن في المستقبل أن تقوم كاميرات متعددة على إعادة بناء كامل الجسم.
وكان الباحثون يقصدون ذلك كاختبار بسيط لنظامهم، لكنه انتهى بفكرة غير متوقعة ومثيرة للفضول، حيث اعتقدوا أنها كانت خطأ.
بعد تسجيل جزء من أربعة من ضربات غاري، وحساب الزاوية الهوائية الفعالة للهجوم -مقدار قلب الجناح إلى الوراء – ووجد أنه كان دائما بين 55 درجة و 75 درجة في أول ضربة سفلية و 45 درجة و 60 درجة في ثاني ضربة.
تصل زاوية الهجوم في معظم الطائرات إلى حوالي 15 درجة، لدرجة أن هذه الزاوية تستطيع فصل تدفق الهواء من الجناح، مما يؤدي إلى خفض الرفع.
واستنتج الباحثون إلى أن الطائر في الواقع يدعم وزن جسمه باستخدام السحب الموجه نحو الأعلى.
وبالإضافة إلى ذلك، يتم توجيه الرفع المتولد إلى الأمام فتقوم بعملية الدفع.
وقال ديتجين:
“إنهم قادرون فعليًا على توليد المزيد من القوة القادرة على الرفع، وأضاف ” إن ذلك لا يتيح لهم قوة دفع وتجاوز الجاذبية فحسب، وإنما التسريع للامام ايضا”.
قد تكون مثل هذه التفاصيل مثيرة لمصنعي ومبتكري الطائرات بدون طيار، وهذا ما سيشغل المختبر في الفترة القادمة عن تطبيق تقنيات الطيور و اختبارها على الطائرات دون طيار.
على الرغم من أن الفريق قد اختبر هذه التقنية على رحلة الطيور، فإنه يمكن تطبيقها على العديد من أشكال الحركة.
على سبيل المثال، يمكن أن تظهر لنا ما يحدث لشكل السيارة خلال محاكاة تحطمها.
يقول لينتينك أنه تحدث مع عالم يدرّس الثعابين الطائرة في بورنيو وقد أبدى رغبته بإعطاء هذه التقنية محاولة.
ترجمة : عمرو سيف
تدقيق: عمر النجداوي
