Os pesquisadores projetaram asas flexíveis e semelhantes a morcegos que aumentam a elevação e melhoram o desempenho do voo. Essa inovação pode levar a drones mais eficientes ou tecnologias de colheita de energia.
Em 1934, o entomologista francês Antoine Magnan escreveu que os abelhas “não deveriam ser capazes de voar”, pois suas pequenas asas devem teoricamente não ser capazes de produzir elevação suficiente. A moderna tecnologia de câmera de alta velocidade levou o que permitia que os insetos transportados pelo ar voassem: o vórtice de ponta. Esse fenômeno ocorre quando o fluxo de ar ao redor da borda principal – a parte frontal – das asas batendo asas rolam em um vórtice, criando uma região de baixa pressão que aumenta a elevação.
Por outro lado, os morcegos – com suas asas de membrana flexíveis – são capazes de voar da mesma forma que os insetos, se não com mais eficiência. De fato, alguns morcegos gastaram até 40% menos energia do que as mariposas de tamanho semelhante. Pesquisadores do laboratório de diagnóstico de fluxo instável na Escola de Engenharia da EPFL se propuseram a estudar o potencial aerodinâmico de asas mais flexíveis usando uma plataforma experimental com uma membrana altamente deformável feita de um polímero à base de silicone. Eles descobriram que, em vez de criar um vórtice, o ar flui suavemente sobre as asas curvas, gerando mais elevação e tornando -os ainda mais eficientes do que asas rígidas do mesmo tamanho.
“A principal descoberta deste trabalho é que o ganho no elevador que vemos não vem de um vórtice de ponta, mas do fluxo após a curvatura suave da asa da membrana”, diz o ex-candidato a PhD da EPFL Alexander Gehrke, agora pesquisador da Universidade Brown. “Não apenas a asa precisa ser curvada, mas deve ser curvada pela quantidade certa, pois uma asa que é muito flexível tem um desempenho pior novamente”.
Gehrke é o primeiro autor em um artigo que descreve o trabalho que foi publicado no Anais da Academia Nacional de Ciências.
Insights de design para drones ou colheitadeiras de energia
Os pesquisadores montaram a membrana flexível em uma estrutura rígida com bordas que giram em torno de seus eixos. Para ajudar a visualizar o fluxo ao redor da asa, eles imergiram seu dispositivo em água misturada com partículas de traçador de poliestireno.
“Nossos experimentos nos permitiram alterar indiretamente os ângulos dianteiros e traseiros da asa, para que pudéssemos observar como eles alinhavam com o fluxo”, diz Karen Mulleners, da cabeça do Laboratório de Diagnóstico de Fluxo Instalado. “Devido à deformação da membrana, o fluxo não foi forçado a rolar em um vórtice; sim, seguiu a curvatura da asa naturalmente sem se separar, criando mais elevador”.
Gehrke diz que os resultados da equipe fornecem informações importantes para biólogos e engenheiros.
“Sabemos que os morcegos pairam e que eles têm asas de membrana deformáveis. Como a deformação da asa afeta o desempenho pairando é uma questão importante, mas fazer experimentos em animais vivos não é trivial. Ao usar um experimento biológico simplificado, podemos aprender sobre Os folhetos da natureza e como construir veículos aéreos mais eficientes “.
Ele explica que, à medida que os drones ficam menores, eles são mais fortemente afetados por pequenas perturbações aerodinâmicas e rajadas instáveis do que veículos maiores, como aviões. Os drones quadrotores padrão param de funcionar em uma escala muito pequena, portanto, uma solução pode ser usar os mesmos movimentos de asa batendo que os animais para construir versões aprimoradas desses folhetos que podem pairar e carregar uma carga útil com mais eficiência.
As descobertas da equipe também podem ser usadas para atualizar tecnologias de energia existentes, como turbinas eólicas, ou para comercializar sistemas emergentes, como colheitadeiras de maré que aproveitam passivamente a energia das correntes do oceano. Os avanços na tecnologia de sensores e controle, potencialmente combinados com a inteligência artificial, podem permitir o controle preciso necessário para regular a deformação de asas de membrana flexível e adaptar o desempenho de tais panfletos a diferentes condições climáticas ou missões de vôo.
Referências
A. GEHRKE, K. MULLENERS, asas de membrana de batida altamente deformáveis suprimem o vórtice da borda principal em Hover para ter um desempenho melhor, Proc. Natl. Acad. Sci. EUA 122 (6) E2410833121, https://doi.org/10.1073/pnas.2410833121 (2025).
