Jak to zvládají ptáci?

Ptáci nemají svislé ocasní plochy, přesto dokážou zvládnout složité turbulence, ať už létají kolem budov, stromů, nebo skal. Jak je to možné? Už ve 20. letech minulého století si německý vědec Franz Groebbels všiml, že ptáci stabilizují let díky reflexům. Při manipulaci s drženými ptáky pozoroval, že jejich ocas reaguje na změny náklonu a křídla na pohyby do stran. Jeho teorie byla později potvrzena – pohyby ptáků odpovídají změnám polohy jejich těla, což naznačuje, že jde o reflexivní mechanismy podobné těm, které zachraňují člověka před pádem.

David Lentink, letecký inženýr a biolog z Univerzity v Groningenu, navázal na tuto myšlenku a rozhodl se ji využít k vývoji autonomních letadel. Jeho tým se zaměřil na pochopení mechaniky letu ptáků a začal budovat robotické prototypy, které napodobují jejich pohyby.

Reverzní inženýrství letu holubů

Prvním pokusem Lentinkova týmu byl Tailbot, robot s pevnými křídly a ocasem, který se mohl pohybovat v pěti směrech. Simulace v aerodynamickém tunelu potvrdily, že ocas dokáže stabilizovat let v turbulentních podmínkách. Avšak při venkovních testech robot selhal. Ukázalo se, že samotný ocas nestačí.

Další generací byl PigeonBot II, vybavený nejen ocasem, ale i křídly, která se mohla nezávisle pohybovat podobně jako křídla skutečného holuba. Kombinace devíti servomotorů umožnila robotu simulovat pohyby ptáků a reflexivně reagovat na změny polohy. Testy prokázaly, že tato technologie funguje – robot dokázal vzlétnout, přistát a autonomně manévrovat. Klíčovou roli hrály opravdová ptačí pera, která byla použita kvůli své jedinečné kombinaci lehkosti, tuhosti a složité struktury.

Zdroj: Shutterstock

Co nás ptačí pera učí?

Pera ptáků jsou technickým zázrakem. Na mikroskopické úrovni obsahují háčky, které fungují jako jednostranné suché zipy, a na makroskopické úrovni mají specifické vlastnosti: jsou tuhá jedním směrem a pružná druhým. Lentinkův tým se pokusil vyrobit umělá pera z uhlíkových vláken, ale výsledky se ani nepřiblížily dokonalosti přírodního materiálu.

Podle Lentinka by vývoj materiálů podobných ptačím perům mohl trvat až 20 let. Nicméně je přesvědčen, že i bez nich lze vyvinout letadla s obdobnou stabilizací pomocí dostupných technologií. Zda bude nutné vytvořit nové materiály, ukáže až budoucí výzkum.

Zavedení této technologie do praxe by mohlo začít u vojenských letadel, kde jsou rizika experimentování přijatelnější. Pro civilní letectví, kde jsou letadla navrhována velmi konzervativně, může implementace trvat desetiletí. Lentink však zdůrazňuje, že porozumění ptačímu letu může významně zlepšit naše technologie.

„Ptáci stále ukrývají mnoho tajemství, která mohou inspirovat nové přístupy v letectví. Mezi tím, co dokáží ptáci, a tím, co zvládnou současná letadla, je značná mezera. Naším cílem je tuto mezeru překlenout,“ uzavírá Lentink.