عالم ايراني يقدّم خطة لبناء طائرات خفيفة وقوية مستوحاة من أجنحة اليعسوب

ووفقا لوكالة آنا للعلوم والتكنولوجيا، يقود "مسعود أكبر زاده" من كلية فايتسمان للتصميم مجموعة متعددة التخصصات من المصممين المعماريين والمهندسين الإنشائيين وعلماء الكمبيوتر، في "مختبر الهياكل متعدد الأوجه".

يحاول هذا الباحث صنع هياكل أقوى وأخف وزنًا تتطلب مواد خام أقل من خلال الاستفادة من الأشكال الهندسية متعددة الأوجه التي غالبًا ما توجد في الطبيعة.

على مر التاريخ، سعى الإنسان الذي يراقب العديد من جوانب الطبيعة، إلى الإستلهام منها لتحسين أداء الطيران والقدرة على المناورة والاستقرار.

منذ ليوناردو دافنشي لعب التصميم المستوحى من الطبيعة، والذي يُطلق عليه اسم "التقليد الحيوي" أو "الإلهام الحيوي"، دورًا مهمًا في تطوير الطيران.

يقول أكبر زاده: الطبيعة معلم عظيم يعلمنا كيفية تحسين الأنظمة. عندما تنظر إلى اليعسوب، ترى أجنحة تطورت على مدى ملايين السنين إلى هيكل خفيف وفعال وقوي بشكل لا يصدق.

في إشارة إلى اهتمامه مجموعته بهندسة السطح والبنية الداخلية للأوردة على أجنحة اليعسوب، يقول: التكوين الهرمي المعقد للجناح يوفر القوة والمرونة ويسمح لليعسوب بالتسلق والمناورة بسرعة. عندما نظرنا عن كثب إلى أنماط جناح اليعسوب، لاحظنا وجود العديد من المضلعات المحدبة فيه.

تشريح الجناح المعقد

وقام الباحثون بالتحقيق في تعقيدات شبكة الوريد الهندسية لجناح اليعسوب باستخدام طريقة "Maxwell cross plots". لعبت أداة التحليل هذه ، التي تُستخدم لحساب توازن القوى في النظام، دورًا مهمًا في فك رموز فيزياء هيكل جناح اليعسوب.

يقول أكبر زاده: كان هناك ارتباط بين سمك المكونات المتصلة والتوازن داخل مستوي تلك الشبكة. بعبارات أبسط، خذ الأوعية الدموية لليعسوب واسحبها من جميع الجوانب ولاحظ أن الهيكل العام يعمل بشكل مثالي كشبكة قابلة للتمدد، على الأقل على مستوى ثنائي الأبعاد.

ويضيف أن هذا كان صادما، لأن الجناح مصمم لسلوك الانحناء المرتبط بحركات الرفرفة، بدلاً من شبكة الشد فقط أو شبكة الضغط فقط.

مكن هذا الاكتشاف العلماء من التحقيق في سلوك هيكل الجناح، والذي تم تقليده بواسطة النموذج الهيكلي للجناح. صرح أكبر زاده: أخيرًا ، أظهرنا أن هذا النهج يمكن أن يؤدي إلى توفير هياكل أجنحة أكثر كفاءة ضد الانحناء خارج الطائرة.

التعلم الآلي من الطبيعة

قسمت هذه المجموعة هندسة الجناح إلى شبكة الأوعية الدموية الداخلية والحواف الخارجية. من خلال القيام بذلك أوضحوا كيف يمكن أن تتأثر الهياكل الداخلية لأجنحة اليعسوب بالمكونات الأخرى.

استخدمنا شكل جناح اليعسوب ومخططات القوة كمجموعة بيانات تدريبية لتطوير نموذج التعلم الآلي الخاص بنا، والذي يمكنه إنشاء شبكات هيكلية تعكس عن كثب هندسة الجناح الفعلية، كما يقول أكبرزاده.

وتابع هذا العالم الإيراني: تخيل أن جناح الطائرة مصمم على أساس المبادئ المتبعة في جناح اليعسوب. من خلال القيام بذلك ، يمكننا إنشاء طائرات أخف وزنا وأكثر كفاءة ، باستخدام مواد أقل ، مما يؤدي إلى توفير كبير في الوقود والتكلفة.

تحويل النظرية إلى واقع

طبق الباحثون نتائجهم على سيناريوهات العالم الحقيقي من خلال دمج تصميمات مستوحاة من اليعسوب في جسم الطائرة لجناح بوينج 777 المقذوف بمقياس 1: 120 ثنائي الأبعاد ولاحظوا تحسينات كبيرة في الأداء الهيكلي للأجنحة.

زاد التصميم المعتمد على جناح اليعسوب من صلابة الصفيحة الخارجية بنسبة 25٪ ، مما يدل على إمكانية تصميمات أجنحة أخف وزنا وأكثر فاعلية.

يقول أكبر زاده إن هذا لا يؤكد فقط التطبيق العملي للبحث، ولكنه يقدم أيضًا لمحة محيرة عن مستقبل الطيران.

يضيف أكبر زاده: تولي هذه الدراسة الانتباه إلى القدرات الأصلية للتصميم المستوحى من الطبيعة. مع التآزر بين التعلم الآلي والبيولوجيا الهيكلية والهندسة.

بينما ننظر إلى البنى المعقدة للعالم الطبيعي للإلهام ، من يدري ما هي الأسرار الأخرى التي قد نكتشفها؟ من اليعسوب إلى الحيوانات المجنحة الأخرى، بدأت رحلتنا الاستكشافية للتو.