Para peneliti telah merancang sayap kelelawar yang fleksibel yang meningkatkan pengangkatan dan meningkatkan kinerja penerbangan. Inovasi ini dapat menyebabkan drone yang lebih efisien atau teknologi pemanenan energi.
Pada tahun 1934, ahli entomologi Prancis Antoine Magnan menulis bahwa Bumblebees “tidak boleh dapat terbang”, karena sayap kecil mereka secara teoritis tidak dapat menghasilkan lift yang cukup. Butuh teknologi kamera berkecepatan tinggi modern untuk mengungkap apa yang memungkinkan serangga udara terbang: pusaran terdepan. Fenomena ini terjadi ketika udara mengalir di sekitar tepi terdepan – bagian depan – sayap yang mengepakkan gulung menjadi pusaran, menciptakan daerah bertekanan rendah yang meningkatkan lift.
Di sisi lain, kelelawar – dengan sayap membran yang fleksibel – mampu terbang sama seperti serangga, jika tidak lebih efisien. Bahkan, beberapa kelelawar telah ditemukan untuk mengeluarkan energi sebanyak 40% lebih sedikit daripada ngengat dengan ukuran yang sama. Para peneliti di Laboratorium Diagnostik Aliran yang tidak stabil di Sekolah Teknik EPFL yang ditetapkan untuk mempelajari potensi aerodinamik dari sayap yang lebih fleksibel menggunakan platform eksperimental dengan membran yang sangat terdeformasi yang terbuat dari polimer berbasis silikon. Mereka menemukan bahwa alih -alih membuat pusaran, udara mengalir dengan lancar di atas sayap melengkung, menghasilkan lebih banyak angkat dan membuatnya lebih efisien daripada sayap kaku dengan ukuran yang sama.
“Temuan utama dari pekerjaan ini adalah bahwa keuntungan dalam lift yang kita lihat bukan berasal dari pusaran terdepan, tetapi dari aliran mengikuti kelengkungan yang halus dari sayap membran,” kata mantan kandidat PhD EPFL Alexander Gehrke, yang sekarang menjadi peneliti di Universitas Brown. “Tidak hanya sayap harus melengkung, tetapi juga harus melengkung dengan jumlah yang tepat, sebagai sayap yang terlalu fleksibel berkinerja lebih buruk lagi.”
Gehrke adalah penulis pertama di atas kertas yang menggambarkan karya yang telah diterbitkan di Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
Desain wawasan untuk drone atau pemanen energi
Para peneliti memasang membran fleksibel ke bingkai kaku dengan tepi yang berputar di sekitar sumbu mereka. Untuk membantu memvisualisasikan aliran di sekitar sayap, mereka merendam perangkat mereka dalam air yang dicampur dengan partikel pelacak polystyrene.
“Eksperimen kami memungkinkan kami untuk secara tidak langsung mengubah sudut depan dan belakang sayap, sehingga kami dapat mengamati bagaimana mereka selaras dengan aliran,” kata kepala diagnostik laboratorium Aliran yang tidak stabil, Karen Mulleners. “Karena deformasi membran, alirannya tidak dipaksa untuk menggulung ke dalam pusaran; melainkan, itu mengikuti kelengkungan sayap secara alami tanpa memisahkan, menciptakan lebih banyak pengangkatan.”
Gehrke mengatakan bahwa hasil tim memberikan wawasan penting bagi ahli biologi dan juga insinyur.
“Kita tahu bahwa kelelawar melayang dan bahwa mereka memiliki sayap membran yang dapat dideformasi. Bagaimana deformasi sayap mempengaruhi kinerja yang melayang adalah pertanyaan penting, tetapi melakukan eksperimen pada hewan hidup tidak sepele. Dengan menggunakan eksperimen yang terinspirasi oleh bio yang disederhanakan, kita dapat belajar tentang selebaran alam dan cara membangun kendaraan udara yang lebih efisien. ”
Dia menjelaskan bahwa ketika drone semakin kecil, mereka lebih kuat dipengaruhi oleh gangguan aerodinamik kecil dan hembusan yang tidak stabil daripada kendaraan yang lebih besar seperti pesawat terbang. Drone quadrotor standar berhenti bekerja pada skala yang sangat kecil, jadi salah satu solusi bisa menggunakan gerakan sayap flapping yang sama seperti hewan untuk membangun versi yang lebih baik dari selebaran ini yang dapat melayang dan membawa muatan lebih efisien.
Temuan tim juga dapat digunakan untuk meningkatkan teknologi energi yang ada seperti turbin angin, atau untuk mengkomersialkan sistem yang muncul seperti pemanen pasang surut yang secara pasif memanfaatkan energi dari arus laut. Kemajuan dalam sensor dan teknologi kontrol, berpotensi dikombinasikan dengan kecerdasan buatan, dapat memungkinkan kontrol yang tepat yang diperlukan untuk mengatur deformasi sayap membran yang fleksibel dan mengadaptasi kinerja selebaran tersebut dengan berbagai kondisi cuaca atau misi penerbangan.
Referensi
A. Gehrke, K. Mulleners, sayap membran flapping yang sangat terdeformasi menekan pusaran tepi terdepan di hover untuk berkinerja lebih baik, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 122 (6) E2410833121, https://doi.org/10.1073/pnas.2410833121 (2025).
