Yarasalardan ilham alan yeni insansız hava aracı

Yarasalardan ilham alarak geliştirilen esnek kanatlı yeni bir insansız hava aracı

Southampton Üniversitesi ve Imperial College London’dan bilim insanları, yarasaların uçuş kabiliyetlerini inceleyerek insansız hava araçlarının tasarım sorunsalını yepyeni bir çerçeveye oturttular.Geçtiğimiz yıl tablet bilgisayarla kontrol edilen yolcu taşıyabilen ilk insansız hava aracının ve insansız hava aracı tarafından kontrol edilebilen robot çöp toplayıcı prototipinin lanse edildiklerini, ayrıca çevrimiçi alışveriş şirketi Amazon’un müşterilerine paket ulaştırma işinde karma bir insansız hava aracı kullanımının araştırdığını gördük. Bir araştırma şirketi, fiyatların aşağı çekilmesi ve yeni insansız hava araçlarının fonksiyonelliğinin artırılmasıyla, tüketicilere yapılan insansız hava aracı satışlarının 2015 yılında 4 milyondan, 2020 yılında 16 milyona çıkacağını tahmin ediyor. Ancak, Southampton Üniversitesi Aerodinamik ve Uçuş Mekaniği Grup Başkanı Profesör Bharathram Ganapathisubramani’ye göre, mevcut insansız hava araçları iyi olmakla birlikte bunların “Verim seviyeleri oldukça zayıf ve batarya ömrü de henüz yeterince uzun değil.”

Profesör Ganapathisubramani ve Southampton Üniversitesi’ndeki ekibi Imperial College London’dan bir ekiple birlikte, yarasa kanadı aerodinamiğinden ilham alarak daha verimli bir insansız hava aracı üzerinde çalışıyorlar. Imperial College London’daki ekip tasarım konusunda bilgisayarlı modeller üzerinde çalışırken, Southampton Üniversitesi ekibi de laboratuvar bazlı çalışmalar yürütüyor ve insansız have aracını inşa ediyor. Bu yeni araç mevcut insansız hava araçlarına göre daha uzun mesafe uçuş yapabilecek.

Daha önce de Mikro-Hava Araçları (MHA’lar) tasarlanmış ve minyatür yolcu uçağı olarak veya helikopterleri taklit ederek modellenmişti. Profesör Ganapathisubramani’ye göre, “Helikopter bazlı olanlar, rotor sayısına atfen quadkopter, heksakopter veya oktokopter, olarak adlandırılıyor ve herksin gördüğü normal insansız hava araçları bunlar. Ancak bu araçlarda üst tarafta kalkış, yön değiştirme ve uçuş kabiliyeti sağlayan çok sayıda döner kanat bulunuyor. Bu araçlar helikopteri alıp küçültmek dışında bir işlem yapmadığından, tasarımlarındaki biyolojik ilham kaynağı aslında yok denecek kadar az.”

KANATLAR VE YAPAY KASLAR

Bu projenin başlangıç noktası, tasarım sorunsalını tamamen yeni bir çerçeveye oturtuyor. Yaklaşık beş, altı yıl kadar önce Imperial College London’daki partner ekibin başkanı Profesör Rafael Palacios ile yarasaların uçuş teknikleri ve yarasa kanatlarının aerodinamik özellikleri üzerinde görüş alışverişinde bulunan Profesör Ganapathisubramani, “kanatlarının esnek olması yarasalara daha iyi aerodinamik performans kabiliyeti sağlıyor” yorumunu yapıyor. “Daha sonra bu konuda bir takım araştırmalar yaparak, yapay kas denilen şeyleri keşfettik. Üzerlerine belirli bir voltaj uyguladığınızda bunlar bir anlamda gevşemiş duruma gelmekte ve daha esnekleşmekte.”

Bu yapay kaslar, robot üretirken tendon yapımına ihtiyaç duyulduğunda yapay kas olarak elektroaktif polimer malzemeyle kullanılabilir. Ancak bu tarz aksam, aerodinamik sistemlerde değil daha çok mekanik sistemlerde kullanılıyor. Mekanik parçalarının olmaması, MHA’lara daha kolay bakım yapılmasını sağlayacaktır. MHA’da kanatlara, sertleştirici veya gevşetici amaçlı küçük bir elektrik voltajı uygulanacaktır.

Profesör Ganapathisubramani, “Düşüncemize göre bir şeyi esnek yaparak daha iyi performans alabilirsiniz,” diyor. “Bizim önerdiklerimiz ticari uçaklar için işe yaramayacaktır. Denenen yük türleri, esnekliğin olumlu sonuç vermesi için gereken en doğru düzeydedir; kanat esnetme yönteminin küçük boyutlu araçlarla sınırlandırılması gereklidir.”

BİR GEMİNİN YELKENLERİ

Normalde kompozit malzemeden üretilecek olan kanatları lateks kanatlarla değiştirdikleri gibi, kanatların şeklini de aracın hızına, kauçuk membran esnekliğine ve çevresel tepkilere göre adapte ettiler. Profesör Ganapathisubramani, bu süreci geminin yelkenlerine benzetiyor. “Rüzgarın ne yönden geleceğini bilmediklerinden kumaş yelken kullanmayı tercih ettiler. Ve işte bu nedenle de rüzgar çıkınca yelken, rüzgar yönünde şişerek itme gücü sağlıyor. Biz de bir bakıma aynı kavramı Mikro-Hava Araçlarına uyguluyoruz.” Lateks kanatlar çevreye benzer şekilde tepki verdiğinden bu kanatlar daha verimli.

Ayrıca, Imperial College London’dan elde edilen sayısal modelleme bilgilerini kullanarak aktif kanatlar tasarlayabildikleri için insansız hava aracının kanatları sadece rüzgara bağlı kalmadan, çevreye tepkisel olarak adapte olmak yerine daha proaktif yönlendirilebiliyor. “Farz edin sağa veya sola dönüş yapmak istiyorsunuz. Bu durumda rüzgara bağlı kalmadan veya çevrenin kanat şeklini değiştirmesini beklemeden, kanadın malzeme özelliklerini fiilen gevşetip manevra yapabilirsiniz” şeklinde açıklıyor. Modelleme, kanat şeklini ve belirli rüzgar kuvveti altında yönünü değiştirmek için ne tür bir voltaja ihtiyacınız olduğunu biliyorsunuz demektir. Bu fonksiyonellik, proje hakkında büyük heyecanla haberler yapan medyanın onu neden Batman’in hafızalı pelerinine benzettiğini açıklıyor.

Bu konuda geliştirilen bazı teknolojiler 0,5 m genişliğinde bir araçla laboratuvar ortamında ve su üstünde test edilmiştir. Profesör Ganapathisubramani, bir sonraki adımın, laboratuvar ortamında kapsamlı şekilde araştırdıkları bu elektroaktif malzemeyi aracın parçası haline getirip aktif kısmını manevralarda kullanmak olacağını belirtiyor. “Pratik anlamda küçültülmüş boyutlardaki bu hava araçlarını göreceğiniz her yerde, çok daha verimli olduklarını anlayacaksınız” diyor. “İşte bu, farklı bir tasarım anlayışının sonucu.”