As pessoas são fascinadas pelo voo dos pássaros há séculos, mas exatamente como os pássaros podem ser tão ágeis no ar permanece misterioso. Um novo estudo, publicado em 5 de setembro na revista Proceedings of the National Academy of Sciences, usa modelagem e aerodinâmica para descrever como as gaivotas podem mudar a forma de suas asas para controlar sua resposta a rajadas ou outros distúrbios. As lições podem um dia se aplicar a veículos aéreos não tripulados ou outras máquinas voadoras.
“Os pássaros realizam manobras desafiadoras com facilidade e são adaptáveis, então, o que exatamente sobre o voo é mais útil para implementar em futuras aeronaves?” disse Christina Harvey, professora assistente do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade da Califórnia, Davis e principal autora do artigo.
Harvey começou estudando gaivotas como estudante de mestrado em zoologia na Universidade da Colúmbia Britânica, depois de obter seu diploma de bacharel em engenharia mecânica.
“As gaivotas são muito comuns e fáceis de encontrar, e são planadores realmente impressionantes”, disse ela.
Harvey continuou seu trabalho com gaivotas como estudante de doutorado na Universidade de Michigan. Ela recentemente se juntou ao corpo docente da UC Davis depois de concluir seu doutorado em engenharia aeroespacial.
Em março deste ano, Harvey e colegas da Universidade de Michigan publicaram um artigo na Nature analisando a dinâmica de voo de 22 espécies de aves. Enquanto estudos anteriores tendiam a se concentrar na aerodinâmica – como o ar se move ao redor de uma ave – Harvey desenvolveu equações para descrever as propriedades inerciais das aves, como o centro de gravidade e o ponto neutro, onde as forças aerodinâmicas podem ser consistentemente modeladas como forças pontuais.
As aeronaves são normalmente projetadas para serem estáveis ou instáveis. Uma aeronave estável tenderá a retornar ao voo estável quando perturbada (por exemplo, sendo empurrada por uma rajada de vento). Isso é desejável, por exemplo, em um avião comercial, mas não em um caça a jato. Aeronaves altamente manobráveis são projetadas para serem instáveis.
Em seu artigo na Nature, Harvey e colegas mostraram que quase todas as espécies de aves estudadas são capazes de voar estável e instável e usam movimentos de asas para alternar entre esses modos.
Voo controlável
O novo estudo baseia-se neste trabalho, reunindo estudos aerodinâmicos usando modelos impressos em 3D de gaivotas e asas de gaivota em um túnel de vento, com modelagem computacional de forças inerciais para entender como as gaivotas alcançam estabilidade ao longo de seu eixo longo (queda ou subindo).
As gaivotas podem ajustar a forma como respondem a perturbações nesse eixo, ajustando as articulações do pulso e do cotovelo e alterando a forma das asas, descobriram eles. A equipe conseguiu prever as qualidades de voo das gaivotas e a rapidez com que elas podem se recuperar de uma perturbação como uma rajada. Esse tempo de reação também fornece informações sobre o “alcance controlável” para a ave e sobre a aplicação da dinâmica de voo das aves às aeronaves.
“A análise das qualidades de voo pergunta: se você construísse uma aeronave exatamente como uma gaivota, um humano seria capaz de pilotá-la?” disse Harvey.
À medida que veículos aéreos não tripulados, ou drones, se tornam mais amplamente utilizados, eles precisam ser capazes de navegar em ambientes urbanos complexos, algo que os pássaros fazem muito bem. Uma compreensão mais profunda do voo dos pássaros pode ajudar a melhorar os projetos de drones para vários usos.
Harvey abrirá seu laboratório na UC Davis neste outono. Ela espera colaborar com outros pesquisadores do campus, incluindo o California Raptor Center e pesquisadores que trabalham no voo de insetos na Faculdade de Ciências Biológicas.
“Há tantas questões em aberto sobre o voo dos pássaros”, disse ela, “estou ansiosa para ver o que mais há para descobrir”.
Publicado em 06/09/2022 10h37
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