Для создания в будущем миниатюрных четырехкрылых летательных аппаратов исследователями создана точная объемная модель передвижения тела и крыльев стрекозы, их деформации и создания воздушных потоков.

  Слева расположено высокоскоростное видео взлетающей стрекозы. Хорошо видимые черные пятна на крыльях - это 0.5mm чернильные маркеры, которые помогают отслеживать точное положение крыльев при создании 3D-модели, используя видеозаписи выполненные с разных точек.
Справа точная 3D реконструкция стрекозы, в том числе движение тела и деформации крыльев, созданные с Tecplot 360 2009.
     Это один из результатов многолетней работы команды исследователей под руководством доктора Донга (Dr. Haibo Dong) в Wright State University изучающих полет стрекозы. Их долгосрочная цель заключается в разработке крылатых четырехкрылых микротранспортных средств (MAVs), которые имитируют полет стрекозы и могут быть использованы для контроля деятельности в общественных местах, например, на стадионах или общественных станций метро, чтобы помочь обнаружить биологическое или химическое оружия. Такие транспортные средства также могут быть использованы для поиска жертв пожаров, взрывчатки и других угроз в пространствах, которые являются опасными или труднодоступными для людей.
Особенно захватывающим делает проект доктора Донг то, что это первое 3D моделирование тела четырехкрылого насекомого в полете с помощью последовательности реконструкции из высокоскоростной съемки. Ранее исследователи изучили двукрылых насекомых, таких как мухи в работе по развитию двукрылых самолетов. Они также уверены, что четырехкрылые самолеты, созданные по подобию стрекоз, будет характеризоваться лучшей подъемной силой, маневренностью и большей скоростью. Но сложности движения тела стрекозы, деформации крыльев и их взаимодействия, и создаваемого воздушного потока было слишком трудно понять.
  "До недавнего времени ученые только смогли смотреть на отдельные части насекомого. Они могли бы смоделировать крыло в движении, например, но не рассчитать деформацию крыльев и их взаимодействие", говорит он. "Мы особенно заинтересованы в создании точной 3D-модели тела насекомого для изучения физических потоков четырехкрылых насекомых, как стрекозы. Нам необходимо посмотреть, как все крылья и тело деформироваться или перемещаются по отношению друг к другу при движении через воздух. Нам необходимо взглянуть на воздушные вихри, как они формируются, как они проходят над крыльями. Нам необходимо посмотреть, как они реагируют на различные природные условия. И все это должно быть очень точным ".
  Создание компьютерной модели полета стрекозы было медленным и кропотливым процессом для группы д-ра Донг из-за большого объема данных и потребности в точности. Первым шагом было построить эффективный инструмент моделирования, а затем проверить его, путем сотен научных публикаций, исследований, и замечаний по движениям насекомых.
   Работа его команды была начата более чем три года назад для сбора и проверки данных, необходимых для описания таких действий насекомых как взлет, маневрирование, скоростной полет, зависания, при которых создается почти бесконечный ряд дополнительных нюансов движения крыла. Наконец, в начале 2009 года, они были готовы сделать следующий шаг: создание 3D-модели и с достаточной точностью, детализацией и точностью воссоздать каждое движение которое делает стрекоза на компьютере. Зак Гастон (Zach Gaston), студент, начал с помощью трех камер высокой скорости под различными углами фиксировать взлет стрекозы. Крисом Келлером (Chris Koehler), кандидат наук, использовались усовершенствованные алгоритмы компьютерного анализа для отслеживания точек видео изображения и Autodesk Maya, чтобы восстановить точную 3D модель тела и крыльев стрекозы на основе этих точек. Затем он перенес результаты 3D кинематики в Tecplot 360, где они и смогли начать показ моделирования полета. Далее, Зонгхиан Лян (Zongxian Liang), инженер использовал результаты для проведения прямого численного моделирования потока с использованием реконструированного движения .
  "Визуальное результаты показали точные движения стрекозы на взлете, в том числе его тела и деформации крыла", говорит доктор Донг. "Теперь, изменяя наши обоснованные математические модели, мы можем начать понимать, как стрекозы управляет своими крыльями, чтобы создать необходимые силы для подъема своего тела под различными условиями. Далее, мы должны повторить этот процесс для других этапов полета стрекозы - зависания, маневрирования и посадки".
  Когда мы увидим реально увидеть четырехкрылые миниатюрные летательные аппараты в деле? Довольно скоро, ведь команда доктора Донга планирует выпустить свой первый прототип в следующем году, но коммерческого применения они достигнут еще через пять-семь лет.
  "Пять лет небольшой срок, и есть много людей, которые хотят, чтобы это случилось", говорит он. "Например, мы получили твердые сотрудничестве с учеными Wright Patterson Air Force Base. Они видят потенциал этих технологий, которые могут помочь защитить безопасность общества".
  Неожиданный положительный эффект от Tecplot 360 изображений и анимации еще и в том, что они дали инструмент для вербовки будущих ученых. Дон и его коллеги регулярно проводят демонстрации своих исследованиях и их результатов для учащихся средних школ, которые посещают их лабораторию, а яркие анимации и картинки дают волю воображению зрителей.

Разместил: Admin