Desde las vibraciones del espejo retrovisor justo cuando su automóvil alcanza exactamente 70 millas por hora hasta un edificio que se derrumba cuando, en un terremoto, comienza a vibrar a una frecuencia específica, hay energía sin explotar que podría aprovecharse parapropulsión.
En una investigación reciente, Andres J.Goza, encontró relaciones entre las frecuencias y la dinámica pasiva en juego cuando los vehículos se mueven en el aire o el agua hacia una mejor comprensión de cómo usar estas fuerzas para mejorar el rendimiento.
Según Goza, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, su trabajo es un esfuerzo por buscar nuevas estrategias de propulsión bioinspiradas.
"Los peces nadan de manera muy eficiente y las aves pueden volar de manera muy eficiente, entonces, ¿cómo podemos usar esas observaciones para informar cambios reales de paradigma en las estrategias de locomoción que diseñamos", dijo. "Por ejemplo, el ala de un pájaro y la colade un pez son flexibles y cuando estos animales vuelan o nadan, el aire y el agua a su alrededor inducen un movimiento pasivo.
"Otro ejemplo es cuando el aire sopla más allá de una bandera, haciendo que se agite, afecta el movimiento del aire a su alrededor", dijo Goza. "Si podemos entender esta interacción de estructura fluida o acoplamiento de estructura fluida a un nivel muy básico,¿podríamos usarlo para diseñar aviones y submarinos con un tipo de locomoción muy diferente? "
Goza dijo que la velocidad del flujo de aire o agua alrededor del vehículo y la densidad de los materiales de los que están hechos juegan un papel, tanto en la resonancia como en el movimiento inducido pasivamente.
"Los científicos han entendido, fuera de este contexto de interacción de estructura fluida, que hay una respuesta profunda cuando excitas una estructura o sistema en su frecuencia resonante", dijo Goza. "Pero qué papel juegan estas dinámicas pasivas, y podemos nosotrosajustar las propiedades estructurales para que la frecuencia de resonancia de su sistema esté de alguna manera significativamente vinculada al flujo, es decir, al movimiento que está prescribiendo? "
Un punto importante en esta investigación fue que la definición estándar de frecuencia de resonancia suponía que la estructura estaba en el vacío. "Pero no lo es; está en fluido y el fluido afecta la frecuencia de resonancia", dijo Goza.
En consecuencia, el primer paso fue definir una noción de resonancia que incorpore el efecto del fluido.
"Una de las grandes contribuciones de esta investigación fue definir inequívocamente esta frecuencia de resonancia y luego confirmar que en una amplia gama de parámetros diferentes realmente vemos beneficios de rendimiento cerca de esta frecuencia de resonancia", dijo. "Es decir, si la estructura se agitao se mueve a cierta frecuencia dentro de este flujo, conduce a una mejora en el empuje "
Goza dijo que los cálculos de amplitud de elevación más grandes reflejan mejor la natación de peces. Los resultados indicaron que en estas amplitudes más grandes, los mecanismos resonantes y no resonantes desempeñaron un papel. "La resonancia se define en términos de ondulaciones súper pequeñas, pero entendemosque los peces en realidad están nadando a grandes amplitudes ", dijo Goza." Cerramos la brecha entre definir qué significa la resonancia en esta configuración de amplitud pequeña cuando hay un fluido presente, pero también abrazamos el hecho de que los peces experimentan emociones mucho más grandes. Establecimos conexiones conresulta en el caso de pequeña amplitud, encontrando que los beneficios de rendimiento persisten cerca de la resonancia incluso a grandes amplitudes que son realmente relevantes para la propulsión biológica ".
Dependiendo del régimen, dijo Goza, el empuje máximo está cerca de esta frecuencia de resonancia asociada con una amplitud pequeña. "La clave es, a medida que avanza a estas amplitudes grandes, la resonancia sigue desempeñando un papel predominante. Encontramos que el pequeño linealLa noción de amplitud de resonancia era apropiada para predecir y comprender estos picos y empuje en la mayoría de los casos.
"Si este movimiento pasivo puede ser útil en la locomoción, puede reducir la cantidad de energía puesta en el sistema", dijo Goza. "Podemos aprovechar estas dinámicas pasivas y dejar que hagan la propulsión por nosotros".
Goza dijo que una de las próximas fases de esta investigación será observar los materiales activos modernos que se pueden ajustar para tener la frecuencia de resonancia adecuada para inducir una dinámica pasiva con la salida deseada.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois Grainger College of Engineering . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :