Para ilmuwan membuat robot sayap kelelawar

Sayap kelelawar robotik dapat membantu merancang pesawat terbang baru, kata para peneliti.

Para ilmuwan telah membuat robot yang meniru bentuk sayap dan gerakan kelelawar buah bermuka anjing (Cynopterus brachyotis), kelelawar berukuran sedang dari Asia Tenggara yang aerodinamikanya telah dianalisis secara mendalam pada penelitian sebelumnya.

“Kelelawar adalah salah satu penerbang paling spektakuler yang pernah ada,” kata peneliti Joseph Bahlman, ahli biologi dan insinyur di Brown University, kepada TechNewsDaily. “Struktur sayap mereka sangat berbeda dengan apa yang Anda temukan pada burung dan serangga. Serangga mempunyai satu sendi di bahu. Burung mempunyai tiga sendi sayap di bahu, siku, dan pergelangan tangan. Kelelawar juga mempunyai beberapa sendi di masing-masing jari, menyediakan hingga 25 sambungan di sayap, yang semuanya memungkinkan mereka mengubah bentuk sayap secara dramatis, untuk kemampuan manuver yang lebih baik dan kontrol penerbangan yang lebih baik.”

Sayap mekanis berukuran delapan inci meniru anatomi kelelawar dengan delapan kaki plastik yang sesuai dengan proporsi kelelawar sebenarnya. Tiga motor menarik kabel yang berotot, yang kemudian menarik ketujuh sambungannya. Seluruh rig ditutupi dengan kulit karet silikon yang fleksibel.

(Trik kelelawar suci! Biosonar dapat memberikan penglihatan malam pada robot)

“Ada banyak minat terhadap sayap kelelawar dalam hal pembuatan kendaraan mikro-udara, menuju pembuatan robot terbang kecil yang dapat dikirim ke tempat-tempat yang terlalu kecil atau tidak aman bagi manusia,” kata Bahlman. . “Ada banyak tempat di mana seseorang menginginkan kamera yang lambat dan bergerak.”

Robot ini dirancang untuk mengepakkan sayap di terowongan angin sementara sensor merekam gaya aerodinamis yang dihasilkan oleh sayap yang bergerak. Dengan mengukur keluaran daya motor servo, para ilmuwan dapat mengevaluasi energi yang dibutuhkan untuk melakukan pergerakan sayap.

Robot tersebut tidak sebanding dengan kompleksitas sayap kelelawar sungguhan, yang memiliki 25 sendi dan 34 cara bergerak yang berbeda. Namun, sayap buatan memungkinkan para peneliti untuk menguji kepakan dengan cara yang tidak pernah dilakukan peneliti pada hewan hidup. Misalnya, para ilmuwan tidak bisa meminta kelelawar mengepakkan sayapnya delapan kali per detik, bukan sembilan kali. “Mereka tidak bekerja sama seperti itu,” kata Bahlman.

Sebaliknya, peneliti dapat bereksperimen dengan setiap aspek model. “Kami dapat menjawab pertanyaan seperti, ‘Apakah peningkatan frekuensi kepakan sayap akan meningkatkan daya angkat dan berapa biaya energi yang harus dikeluarkan untuk melakukan hal tersebut?’” kata Bahlman.

Tes pendahuluan dengan robot tersebut telah memberikan petunjuk tentang bagaimana kelelawar sebenarnya bisa terbang. Misalnya, para peneliti telah menganalisis efek aerodinamis dari pelipatan sayap – kelelawar dan beberapa burung melipat sayapnya ke belakang selama gerakan ke atas. Eksperimen dengan sayap robot menunjukkan bahwa melipat membantu mengangkat hewan. Pada hewan yang mengepakkan sayap, cahaya positif dihasilkan dari gerakan ke bawah, namun sebagian dari gaya angkat tersebut dibatalkan oleh gaya ke atas berikutnya, yang mendorong udara ke arah lain. Percobaan dengan dan tanpa pelipatan sayap menunjukkan bahwa melipat sayap pada gaya ke atas meningkatkan gaya angkat bersih sebesar 50 persen.

Para peneliti membuat penemuan bahkan ketika robot tidak bekerja dengan baik.

“Kami belajar banyak tentang cara kerja kelelawar dengan mencoba menduplikasinya dan membuat kesalahan,” kata Bahlman.

Misalnya, selama pengujian, sambungan yang digunakan untuk siku pemukul mekanis patah berulang kali – gaya pada sayap terus menyebarkan sambungan tersebut hingga patah. Bahlman akhirnya harus melilitkan kabel baja di sekeliling sambungan untuk menyatukannya, sebuah solusi kuat namun ringan yang menyerupai ligamen di sekitar siku asli.

Demikian pula, membran sayap robot sering robek di bagian tepi depannya, sehingga Bahlman memperkuat titik tersebut dengan benang elastis. Solusi ini menyerupai tendon dan otot yang memperkuat tepi depan sayap kelelawar asli, sehingga menekankan pentingnya struktur tersebut.

“Membuat robot mengajarkan kita banyak hal tentang kelelawar, tentang mengapa mereka dibuat sebagaimana adanya,” kata Bahlman.

Kini setelah para peneliti memiliki model yang berfungsi, mereka berencana menggunakannya untuk menjawab banyak pertanyaan yang tidak mungkin dilakukan pada kelelawar hidup.

“Langkah pertama melibatkan perubahan parameter gerakan sayap untuk melihat pengaruhnya terhadap kinerja penerbangan,” kata Bahlman. “Langkah selanjutnya adalah mulai bermain-main dengan materialnya. Kami ingin mencoba material sayap yang berbeda, jumlah fleksibilitas yang berbeda pada kaki-kaki, untuk melihat apakah ada keuntungan dalam sifat material ini.” Pertanyaan masa depan melibatkan mengubah bentuk sayapdia menambahkan.

Para ilmuwan merinci temuan mereka pada 6 Februari di jurnal Bioinspiration & Biomimetics.