Skórka rekina, druk 3D i aerodynamika

Teraz, nowy zespół inżynierów Harvardu i biologów ewolucyjnych, wraz z kolegami z Uniwersytetu w Karolinie Południowej, opierają się na tym oryginalnym badaniu nad drukowaniem 3D, aby spróbować stworzyć więcej maszyn aerodynamicznych.

skóra rekinów jest pokryta tysiącami małych łusek lub ząbków, które różnią się kształtem i rozmiarem w całym ciele. Wiemy dużo o budowie tych zębów - które są bardzo podobne do ludzkich zębów - ale ta funkcja była przedmiotem dyskusji "- wyjaśnia George Lauder, Henry Bryant Bigelow Profesor Ichthyology i profesor biologii w Harvard's Department of Organismic and Evolutionary Biology i członkiem pierwotnego zespołu badawczego.

Chociaż mogą się one nie wydawać bardzo podobne, zarówno samoloty, jak i rekiny są zaprojektowane tak, aby mogły poruszać się skutecznie przez powietrze lub wodę. Oba zmniejszają opór i generują siłę nośną za pomocą kształtów swoich ciał. Ale rekiny robią to znacznie dłużej niż samoloty. Inni badacze inspirowani oceanem wykorzystali druk 3D do ulepszenia samolotów, a wiele badań dotyczyło właściwości zmniejszających opory na zębach rekina. Ale Lauder i cała reszta zespołu zdecydowali się głębiej zagłębić.

Według Mehdiego Saadata, doktora habilitowanego na Harvardzie ze wspólną wizytą w dziedzinie inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Południowej Karoliny, "Zapytaliśmy, co jeśli zamiast głównie zmniejszać opór, te konkretne kształty były lepiej dostosowane do zwiększenia siły nośnej. "

Dzięki wsparciu Biura Badań Marynarki i Narodowej Fundacji Nauki naukowcy opublikowali ostatnio pracę zatytułowaną" Skóra rekina ". inspirowane projekty poprawiające aerodynamikę, "w Journal of the Royal Society Interface; współautorami są doktorant Harvard August Domel; Saadat; James Weaver z Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering; Hossein Haj-Hariri, Dziekan Wydziału Inżynierii i Informatyki na Uniwersytecie Południowej Karoliny; Katia Bertoldi, William i Ami Kuan Danoff profesor mechaniki stosowanej w Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS); i Lauder.

Streszczenie brzmi: "Zainspirowani właściwościami zmniejszającymi opór zębów zębowych, które pokrywają skórę rekinów, opisujemy tu eksperymentalne i oparte na symulacji badania aerodynamicznych efektów powieści wzory inspirowane denticle umieszczone wzdłuż strony ssącej płata. Poprzez parametrycznemodelując w celu przetestowania szerokiej gamy różnych wzorów, odkryliśmy zestaw struktur powierzchniowych inspirowanych zębami zębatymi, które zapewniają równoczesne zmniejszanie oporu i generowanie siły nośnej na płatu, co skutkuje poprawą współczynnika dźwigu do oporu porównywalną z najlepiej raportowaną dla tradycyjnych niskich -profilowe generatory wirów, a nawet przewyższają te istniejące projekty pod niewielkimi kątami ataku z poprawą do 323%. "

Domel, współwładca artykułu, powiedział:" Płaty są podstawowym elementem wszystkie urządzenia antenowe. Chcieliśmy przetestować te struktury na profilach jako sposób pomiaru ich wpływu na siłę nośną i przeciąganie w przypadku zastosowań w projektowaniu różnych urządzeń antenowych, takich jak drony, samoloty i turbiny wiatrowe. "CD3D .

Bertoldi powiedział: "Możesz sobie wyobrazić, że te generatory wirów są używane w turbinach wiatrowych lub dronach, aby zwiększyć wydajność ostrzy. Rezultaty otwierają nowe możliwości ulepszonych, aerodynamicznych projektów ".

Teraz, jeśli jesteś podobny do mnie, prawdopodobnie nigdy nie słyszałeś terminu generator wirów. Ale, podobnie jak ja, prawdopodobnie widziałeś jeden z nich - zarówno samoloty, jak i samochody wykorzystują te małe, pasywne urządzenia, które wykorzystują konstrukcję podobną do ostrza, aby uczynić poruszający się obiekt bardziej aerodynamicznym poprzez zmianę przepływu powietrza nad jego powierzchnią .

"Te inspirowane rekinami generatory wirów osiągają poprawę współczynnika uniesienia do oporu do 323 procent w porównaniu z płatem bez generatorów wirów. Dzięki tym projektom koncepcyjnym wykazaliśmy, że te bioinspirowane generatory wirów mają potencjał przewyższający tradycyjne projekty ", powiedział Domel.

Lauder powiedział:" Te badania nie tylko wyznaczają nowy kształt generatorów wirów ale także zapewnia wgląd w rolę złożonych i potencjalnie wielofunkcyjnych zębów dentystycznych. "