Dnes je 16. oktobra a meniny má Vladimíra

Aerodynamika sa posúva vpred vďaka výskumu žralokov

22. marca 2018

Vedcom sa podarilo odhaliť ďalšiu záhadu živočíšnej ríše, ktorá je prínosom nie len pre biológov, ale aj inžinierov. Aerodynamickejšie lietadlá, drony a veterné turbíny sú na ceste.

Biológovia a inžinieri dali hlavy dokopy

V spoločnom projekte spojili svoje sily evoluční biológovia a inžinieri z Harvardovej univerzity a z Univerzity v Južnej Karolíne. Okrem toho, že sa im podarilo rozlúštiť záhadu žraločej kože, predstavili aj novú štruktúru, inšpirovanú štruktúrou žraločích šupín. Aerodynamika strojov sa vďaka nej posunie o ďalší krok vpred.

Zdroj: www.pixabay.com

Žraloky, podobne ako lietadlá, využívajú aerodynamický tvar svojich tiel na to, aby ich pohyb v tekutine (aj voda aj vzduch patria do tejto kategórie) bol čo najefektívnejší. No na rozdiel od lietadiel, majú žraloky evolučný náskok zhruba 400 miliónov rokov. Kde inde by sme preto mohli hľadať návod na zlepšenie aerodynamických vlastností ľudských výtvorov?

Tajomstvo žraločej kože

Žraločia koža je zložená z tisícov malých plakoidných šupín, ktoré sú svojou stavbou a zložením podobné zubom. Tieto šupiny sa líšia veľkosťou aj tvarom, sú veľmi ostré a dodávajú koži podobnú textúru ako má brúsny papier. Hoci sa o ich štruktúre vedelo celkom dosť, ich funkcia ostávala vo vedeckých kruhoch diskutabilná. Najčastejšie sa hovorilo o ich schopnosti redukovať ťah a tak napomáhať hladšiemu pohybu žraloka. Vedecký tým z Harvardu sa tento krát zameral naopak na ich schopnosť zvyšovať vztlak, teda schopnosť nadnášať sa, ako na ich primárnu funkciu. Aby si overili túto hypotézu, vybrali si ako vzor pre svoje simulácie najrýchlejšieho žraloka na svete, žraloka mako.

Štruktúra žraločej kože zblízka.
Zdroj: www.biomimicrybe.org

Vedci zistili, že šupiny žraloka mako majú tri hrebene, podobne ako trojzubec. Na základe mikro –CT skenu sa im podarilo vytvoriť trojrozmerný model. Pomocou 3D tlačiarne ho následne natlačili na povrch profilu krídla (airfoil), ktorý je základným komponentom všetkých lietajúcich strojov.

Profil krídla, airfoil, základný komponent lietajúcich strojov a prúdenie okolo neho.
Zdroj: www.wikimedia.org

Vedecký tím otestoval pod tečúcou vodou 20 rozličných nastavení veľkostí šupín a ich uloženia. Zistilo sa, že okrem zmiernenia ťahu, šupinatá štruktúra výrazne zvyšuje vztlak a správa sa podobne ako vysoko výkonné, nízko profilové vírové generátory. Aj keď možno neviete čo to je, určite ste to už videli v akcii. Vírové generátory sú malé, pasívne zariadenia, nachádzajúce sa na autách a lietadlách. Ich úlohou je usmerniť prúdenie vzduchu okolo objektu tak, aby bol jeho pohyb aerodynamický. V súčasnosti má väčšina týchto súčiastok čepeľovitý tvar. V porovnaní s nimi, zvyšuje šupinovitá štruktúra pomer medzi ťahom a vztlakom až o 323 percent. To z nej, podľa vedcov, robí omnoho vhodnejšiu alternatívu súčasných vírových generátorov.

Zdroj: www.pixabay.com

Šupinatá štruktúra by tak mohla predstavovať pionierku v oblasti biológiou inšpirovaného aerodynamického dizajnu. A nielen aerodynamika, ale aj biológia získala vďaka tomuto výskumu ďalšie užitočné poznatky o komplexnosti a potenciálnej multifunkčnosti žraločej kože.

Oddelenie technológie Harvardovej univerzity si objav prísne stráži a v súčasnosti zvažuje možnosti jeho komerčného využitia.

Zdroj:
www.seas.harvard.edu

Titulné foto:
Unsplash by Jakob Owens

 

 



zobraziť dalšie