گام اول برای ساخت هواپیماهای پرنده‌نما
مطالعات جدید نشان می‌دهد استفاده از بال‌هایی با قابلیت خم شدن و تغییر شکل که با قطعاتی پولک یا پَر مانند پوشانده شوند میتوان هواپیماهایی سریع‌تر و با مصرف سوخت کمتر ساخت.
گویا آی تی – در حال حاضر هواپیماهای فعلی برای کنترل نحوه چرخش هواپیما برای تغییر مسیر هنگام پرواز از باله‌های لولایی با نام شهپر(Aileron) استفاده میکنند. هر چند زمانی که برادران رایت، یک قرن پیش اولین هواپیما یعنی Flyer 1 را به پرواز درآوردند، از شهپر استفاده نکردند. در عوض آنها هواپیما را با استفاده از کابل و قرقره‌هایی که بال‌های چوبی و برزنتی را خم کرده و می‌چرخاند، هدایت می‌کردند.
دانشمندان سالیان متمادی در جستجوی ساخت هواپیمایی بودند که هنگام پرواز بتواند شکل بال‌هایش را تغییر دهد، دقیقا همانند کاری که پرندگان انجام می‌دهند. از نظر تئوری، بال‌های شکل‌پذیر در مقایسه با بال‌های هواپیماهای معمولی که هنگام پرواز از تعداد سطوح جداگانه بیشتری استفاده میکنند، قادر به ایجاد سطوح ایرودینامیک نرم‌تری هستند؛ این امرموجب افزایش سرعت هواپیما شده و مصرف سوخت آن را هم کمتر می‌کند.
اکثر تلاش‌های قبلی به منظور توسعه بال‌های شکل‌پذیر شکست خورده‌اند زیرا تکیه آنها روی ساختارهای کنترلی مکانیکی درون بال‌ها بوده که بسیار سنگین‌اند، در نتیجه قادر به استفاده از مزایای فرآیند شکل‌پذیری نیستند. نیل گرشنفلد، فیزیکدان و مدیر مرکز Bits and Atom در موسسه فناوری ماساچوست (MIT) اضافه می‌کند که ”این ساختارها علاوه بر پیچیدگی، قابل اطمینان هم نبودند. علی‌رغم فعالیت طولانی مدت پژوهشگران روی ایرودینامیک بال‌های هواپیماها اما روند پیشرفت کار، فوق‌العاده کُند بود.“
اما بال‌های شکل‌پذیر جدید این امکان را برای پژوهشگران فراهم میکنند که ”کل بال را تبدیل به مکانیزم کنند. قرار نیست برای کنترل بهتر هواپیما قطعه یا وسیله‌ی جدیدی به بال آن اضافه شود بلکه خود بال وظیفه کنترل و هدایت را عهده‌دار خواهد شد.“
ساختار جدید بال‌ها سیستمی مشتمل بر ماژول‌های کوچک، محکم و سبک است. امکان تغییر شکل به صورت یکنواخت و در امتداد طول بال با استفاده از دو موتور کوچک وجود دارد که فشار مورد نیاز برای چرخش را به نوک‌بال‌ها وارد می‌کند.
این بال‌ها با ”روکش‌هایی“ از نوارهای روی هم قرار گرفته از مواد انعطاف‌پذیری که شبیه پولک‌های ماهی یا پرهای پرندگان است پوشانده شده‌اند. پژوهشگران در مورد نحوه عملکرد توضیح می‌دهند که این نوارها با تغییر شکل بال از میان یکدیگر حرکت کرده و با این کار موجب ایجاد یک سطح بیرونی نرم‌تر روی بال می‌شوند.
آزمایشات تونل باد نشان داد که این بال‌ها با وجود دارا بودن یک دهم وزن بال‌های فعلی تمام خصوصیات ایرودینامیک آنها را دارند. رهبر تیم پژوهشی پروژه، آقای بنجامین جِنِت، فارغ‌التحصیل مرکز Bits and Atoms موسسه MIT می‌گوید که در آزمایشات اولیه که از این بال‌ها در هواپیماهای بدون سرنشین و با کنترل از راه دور انجام شدند، موفقیت زیادی به دست آمده است. جِنِت: ”آزمایش‌های اولیه توسط یک خلبان آزمایشی ماهر انجام شدند و او آنقدر به عملکرد سریع بال‌ها اعتماد پیدا کرده بود که اقدام به انجام یک سری حرکات نمایشی هوایی با هواپیما کرد.“
حتی بهبودهای کوچک در زمینه کاهش مصرف سوخت می‌تواند تاثیر بسیار زیادی روی هزینه‌های مالی صنعت هوایی و حتی مشارکت این صنعت در زمینه انتشار گازهای گلخانه‌ای داشته باشد.
گرشنفلد اضافه می‌کند: ”هدف ساخت هواپیمایی است که در تمام اجزای آن از این فناوری استفاده کنیم، چه مدل‌هایی که توسط خلبانان انسانی هدایت می‌شوند و چه مدل‌های بدون سرنشینی که از راه دور هدایت می‌شوند، از این رو امکان تغییر شکل بال‌ها و دستکاری آنها با در نظر گرفتن نیازهای خاص وجود دارد.“
پژوهشگران به این نکته هم اشاره میکنند که تولید سازه‌های بزرگی مثل بال‌های هواپیما از مجموعه‌ای از قطعات کوچک و مشابه –که گرشنفلد از آنها به نام ”مواد دیجیتال“ یاد می‌کند- پروسه تولید آنها را فوق‌العاده ساده‌تر خواهد کرد. با در نظر گرفتن این مساله که ساخت بال‌های ترکیبی سبک برای هواپیماها در حال حاضر نیازمند تجهیزات تخصصی و نسبتا بزرگی برای لایه‌گذاری و بالابردن مقاومت مواد مورد استفاده در آنهاست، امکان تولید انبوه سازه‌های ماژول مانند جدیدی که پژوهشگران توسعه داده‌اند به راحتی وجود داشته و میتوان با استفاده از تیم‌های زیادی از ربات‌های کوچک، اقدام به مونتاژ کردن آنها کرد.
گرشنفلد می‌گوید: ”ما قطعات را به صورت انبوه تولید کرده و آنها را مانند قطعات لگو سرهم بندی می‌کنیم.“
جِنِت اضافه می‌کند: ”همچنین این ساختارهای ماژولی را میتوان راحت‌تر از هم باز کرد که این امر پروسه نگهداری و تعمیر آنها را ساده‌تر خواهد کرد. برای مثال رباتی که عهده‌دار وظیفه بازبینی و معاینه قطعات است می‌تواند قسمت شکسته شده را پیدا کرده و آن را جایگزین کرده و به این ترتیب همواره هواپیما را در شرایط سالم و آماده به فعالیت نگهداری نماید.“
البته قرار نیست اولین هواپیمایی که با استفاده از این راه‌حل جدید ساخته خواهد شد یک جت مسافربری باشد. در عوض از این تکنولوژی ابتدا در هواپیماهای بدون سرنشین استفاده خواهد شد یعنی پهپادهایی که به‌منظور فراهم کردن امکان دسترسی به اینترنت یا مواد و تجهیزات پزشکی به مناطق روستایی و صعب‌العبور، برای مدت طولانی در آسمان پرواز میکنند.
دانشمندان این پروژه نتایج دستاوردهای خود را در تاریخ ۲۶ اکتبر در ژورنال Soft Robotics منتشر کرده‌اند.