Kako lišće aspene može spasiti marionere Marsa

Listovi i debla drhtave aspen - Populus tremuloides - preko Divljeg vrta.

Tehnika korištenja prirode za rješavanje ljudskih problema naziva se biomimikrija. Istraživači sa Sveučilišta Warwick u Coventryju u Engleskoj rekli su ovog tjedna (18. ožujka 2019.) da su koristili ovu tehniku ​​- nadahnutu jedinstvenim kretanjem lišća drhtavih stabala aspene ( Populus tremuloides ) - da osmisle mehanizam za prikupljanje energije koji mogao napajati vremenske senzore u neprijateljskim okruženjima. Rekli su da bi mehanizam mogao poslužiti i rezervni izvor energije koji bi mogao spasiti i produljiti život budućih Marsovih rovera.

To je posebno zanimljivo sada, uslijed gubitka Marsovog rovera Opportunity, čije je solarno napajanje podleglo velikoj oluji prašine Marsa prošlog ljeta.

Ako nikada niste bili u šumi aspena, nešto ste propustili. Lišće ovih stabala - u nekim dijelovima američkog jugozapada, koje se obično naziva Quakies - podrhtava u najmanjem povjetarcu. Mnogi ih smatraju odmornima, a sigurno su i jedinstveno lijepi.

Ti su istraživači inženjering vidjeli nešto drugo u lišću aspene. Otkrili su da temeljni mehanizmi koji stvaraju podrhtavanje listova aspena pri slabem vjetru mogu stvoriti električnu energiju, kako su rekli, "učinkovito i djelotvorno." Dizajnirali su uređaj napravljen po uzoru na krilo koji iskorištava kretanje generirano vjetrom. Njihovi su radovi objavljeni u Dopisima primijenjene fizike, koji pregledavaju više urednika i stručnih sudaca.

Sam Tucker Harvey sa Sveučilišta u Warwicku - doktor znanosti. kandidat za inženjerstvo - vodeći je autor na radu. On je rekao:

Ono što najviše privlači kod ovog mehanizma je da on pruža mehaničko sredstvo za proizvodnju energije bez upotrebe ležajeva, koji mogu prestati raditi u okruženjima s ekstremnom hladnoćom, vrućinom, prašinom ili pijeskom. Iako je količina potencijalne snage koja se može stvoriti mala, bila bi i više nego dovoljna za napajanje autonomnih električnih uređaja, poput onih u bežičnim senzorskim mrežama. Te se mreže mogu koristiti za aplikacije poput pružanja automatiziranih vremenskih ispitivanja u udaljenim i ekstremnim okruženjima.

Profesori inženjera Petr Denissenko i Igor A. Khovanov, obojica sa Sveučilišta u Warwicku, koautori su na novom radu. Denissenko je napomenuo da bi jedna buduća aplikacija mogla biti rezervno napajanje budućim Marsovim zemljacima i roverima. On je rekao:

Performanse Marsovog rovera Opportunity daleko su premašile najluđe snove njegovih dizajnera, ali čak su i njegovi marljivi solarni paneli vjerojatno na kraju svladali planetarnu olujnu oluju. Ako bismo buduće rovere mogli opremiti rezervnim mehaničkim kombajnom energije koji se temelji na ovoj tehnologiji, to bi moglo poboljšati živote nove generacije Mars rovera i zemljanih strojeva.

Izjava tih znanstvenika objasnila je:

Ključ za jasenovo lišće slabog vjetra, ali podrhtavanje velike amplitude nije t samo oblik lista, ali što se još važnije odnosi na učinkovito ravni oblik stabljike.

Istraživači sa Sveučilišta Warwick koristili su matematičko modeliranje kako bi došli do mehaničkog ekvivalenta lista. Potom su koristili tunel vjetrova male brzine za testiranje uređaja s konzolnom snopom poput ravnog stabljika Aspenovog lista i zakrivljenim vrhom noža s kružnim presjekom luka koji djeluje poput glavnog krila.

Oštrica je tada bila orijentirana okomito na smjer toka, što omogućava kombajni da proizvodi samoodržavajuće oscilacije pri neuobičajeno malim brzinama vjetra poput lipe aspena. Ispitivanja su pokazala da se protok zraka pričvršćuje na stražnju stranu lopatice kada brzina oštrice postane dovoljno velika, te stoga djeluje sličnije na aerofoil, a ne na blefirajuća tijela koja su obično proučavana u kontekstu žetva energije vjetra.

U prirodi je sklonost lišća da podrhtava pojačana i tankom stabljikom tendencija da se na vjetru zavrti u dva različita smjera. Međutim, istraživači koji su modelirali i testirali otkrili su da ne trebaju ponavljati dodatnu složenost daljnjeg stupnja pomicanja u svom mehaničkom modelu. Jednostavno umnožavanje osnovnih svojstava ravnog stabljika u konzolnoj gredi i zakrivljenog vrha noža s kružnim presjekom luka koji djeluje poput glavnog lista bilo je dovoljno za stvaranje dovoljnog mehaničkog pokreta za prikupljanje snage.

Istraživači su rekli da će slijedeće ispitivati ​​koje mehaničke tehnologije za generiranje pokreta najbolje mogu iskoristiti ovaj uređaj i kako bi uređaj najbolje mogao biti raspoređen u nizovima.

Želite li saznati više o tome kako lišće aspena trese? I slušati njihovo karakteristično šuštanje? Pogledajte ovaj videozapis:

Dno crta: Listovi aspena poznati su po jedinstvenom drvetu u najblažem povjetaru. Njihov pokret nadahnuo je istraživače sa Sveučilišta u Warwicku da osmisle novi mehanizam za prikupljanje energije za vremenske senzore, koji bi mogao poslužiti i kao rezervni izvor energije za buduće Mars rovere.

Izvor: Kompaktni energetski kombajn s priključkom za protok

Preko University of Warwick