Як листя осики могли врятувати марсоходів

Плоскі серцеподібні листя осики з тонкими білими стовбурами осики на фоні.

Листя і стовбури тремтливої ​​осики –Populus tremuloides– черезДикий сад.


Техніка використання природи для вирішення проблем людини називаєтьсябіомімікрія. Дослідники з Університету Уорвіка в Ковентрі, Англія, заявили цього тижня (18 березня 2019 року), що вони використовували цю техніку – натхненну унікальним рухом листя осик, що тремтять (Populus tremuloides) – розробити механізм збору енергії, який міг би живити датчики погоди у ворожих середовищах. Вони сказали, що механізм також може служити резервним джерелом енергії, що може зберегти та продовжити життя майбутніх марсоходів.

Це особливо цікаво зараз, після втратиМарсохід Opportunity, чий джерело сонячної енергії постраждало від великої пилової бурі на Марсі минулого літа.


Якщо ви ніколи не були в осиковому лісі, ви щось упустили. Листя цих дерев – прийнято називатиQuakiesв деяких частинах південного заходу США – тремтіння від найменшого вітерця. Багато людей їх знаходятьспокійний, і вони, безумовно, неповторно красиві.

Ці дослідники-інженери побачили щось інше в листі осики. Вони виявили, що основні механізми, які викликають тремтіння осиного листа при слабкому вітрі, можуть виробляти електричну енергію, як вони сказали, «ефективно та ефективно». Вони розробили пристрій, створений за зразком листя, який використовує рух, створений вітром. Їхня робота єопубліковановЛисти прикладної фізики, який єпереглянутокількома редакторами та експертами.

Університет УорвікаСем Такер Гарві– к.т.н. кандидат технічних наук – провідний автор статті. Він сказав:

Найпривабливішим у цьому механізмі є те, що він забезпечує механічні засоби генерації енергії без використання підшипників, які можуть перестати працювати в умовах надзвичайного холоду, спеки, пилу чи піску. Хоча кількість потенційної потужності, яку можна створити, невелика, її було б більш ніж достатньо для живлення автономних електричних пристроїв, наприклад, у бездротових сенсорних мережах. Ці мережі можуть бути використані для таких додатків, як забезпечення автоматизованого зондування погоди у віддалених і екстремальних середовищах.




Професори інженеріїПетро ДенисенкоіХованов Ігор Олександрович, обидва з Університету Уорвіка, є співавторами нової статті. Денисенко зазначив, що одним із майбутніх застосувань може стати резервне джерело живлення для майбутніх марсоходів і марсоходів. Він сказав:

Продуктивність марсохода Opportunity значно перевищила найсміливіші мрії його дизайнерів, але навіть його працьовиті сонячні батареї, ймовірно, зрештою подолала пилова буря планетарного масштабу. Якщо ми зможемо оснастити майбутні марсоходи резервним механізмом збирання механічної енергії на основі цієї технології, це може покращити життя наступного покоління марсоходів і посадкових апаратів.

ДОзаявуці вчені пояснили:

Ключ до тихого, але великої амплітуди сагайдака листя осики — це не тільки форма листа, але, що ще важливіше, пов’язана з фактично плоскою формою стебла.


Дослідники з Університету Уорвіка використали математичне моделювання, щоб створити механічний еквівалент листа. Потім вони використали низькошвидкісну аеродинамічну трубу, щоб випробувати пристрій з консольною балкою, як плоский стебло осикового листа, і вигнутим кінчиком леза з круглим поперечним перерізом, що діє як основний лист.

Потім лопатка була орієнтована перпендикулярно напрямку потоку, що дозволяє комбайну створювати самопідтримувані коливання при нехарактерно низьких швидкостях вітру, як осиковий лист. Випробування показали, що повітряний потік приєднується до задньої сторони лопаті, коли швидкість лопаті стає достатньо високою, отже, діє більше на аерокрилу, а не на блефові тіла, які зазвичай досліджували в контексті збору енергії вітру.

У природі схильність листя до тремтіння також посилюється через тенденцію тонкого стебла скручуватися на вітрі в двох різних напрямках. Однак дослідники, які моделювали та тестували, виявили, що їм не потрібно повторювати додаткову складність подальшого ступеня руху в їх механічній моделі. Простого відтворення основних властивостей плоского штока в консольній балці та вигнутому наконечнику леза з круглим дугою поперечним перерізом, що діє як основний лист, було достатньо, щоб створити достатній механічний рух для збору енергії.

Дослідники сказали, що далі вони досліджуватимуть, які технології генерації енергії на основі механічних рухів найкраще могли б використовувати цей пристрій і як пристрій можна було б найкраще розгорнути в масивах.


Хочете дізнатися більше про те, як тремтить листя осики? І послухати їх характерний шелест? Перегляньте це відео:

Підсумок: листя осики відомі своїм унікальним сагайдаком при найменшому вітерці. Їхній рух надихнув дослідників з Університету Уорвіка на розробку нового механізму збору енергії для погодних датчиків, який також міг би служити резервним джерелом енергії для майбутніх марсоходів.

Джерело: галопуючий комбайн енергії з пристроєм для потоку

Через Уорвікський університет