Insekttrækbaseret flyvemekanisme kan forbedre små flyvende robotter

Thrips er små insekter, 2 millimeter lange, omkring så længe som fire menneskehår er tykke. Thrips er kendt for deres uvelkomne evne til at fortære haveplanter og, på det sidste, at informere designet af mikrorobotik.

I modsætning til større insekter, fugle, og flyvemaskiner, thrips er ikke afhængige af lift for at flyve. I stedet, de små insekter er afhængige af en trækbaseret flyvemekanisme, holder sig selv flydende i luftstrømshastigheder med et stort forhold mellem kraft og vingestørrelse. Vinden er proportionelt stærkere, når du er et lille insekt med vinger, der måler på mikroskalaen.

Den forreste virvel er bemærkelsesværdigt defused i så lille en størrelse, så lidt løftekraft kan genereres. Forfatter Yonggang Jiang forklarede årsagen til dette er det ultralave Reynolds -nummer, som er et forhold mellem inertielle og viskøse kræfter i en væske, såsom luften.

Mens modelbaserede undersøgelser har bekræftet en trækbaseret mekanisme for små insekter, modeller er ikke biologisk trofaste. En thrip -vinge kan have mellem 45 og 120 hårlignende børster, der strækker sig fra vingemembranen.

På trods af den stigende præcision af mikroelektromekaniske systemer, tidligere undersøgelser risikerede unøjagtige beregninger af trækstyrke, fordi de ikke inkluderede længden, vinkel eller antal børster.

I en undersøgelse offentliggjort i denne uge i Journal of Applied Physics , forskere udførte den første test af trækstyrken på en faktisk thrip-vinge under konstant luftstrøm i en bænketop-vindtunnel. Henter erfaring fra mikrofabrikation og nanomekanik, Jiang skabte et eksperiment, hvor en thrip-vinge blev limet til en selvfølende mikro-cantilever, der bruger piezoresistorer til at tage spændingsmålinger, der bruges til at beregne trækkraften på vingen.

Undersøgelsen tjente til at kvantificere vingernes aerodynamiske egenskaber, undersøger nøje, hvor meget luft der lækker gennem børstehårets vinge, og hvordan luftstrømslækage påvirker trækkraften pr. arealenhed. Det naturlige børstehårede design kan være nyttigt til at designe små flyvende eller svømmende robotter, Jiang sagde, samt strømningssensorer og gassensorer, hvor en børstet struktur kan øge følsomheden.

Forfatterne planlægger at udforske yderligere ved hjælp af en mikrocantilever til at studere thrips flyvningsmekanisme og kinematikken i vingen, herunder angrebsvinklen, de forskellige vinkler, hvor en thrip kan placere sin vinge, og hvordan det påvirker trækkraften under flyvning.