I ricercatori hanno analizzato il meccanismo di produzione di portanza dei serpenti volanti, che ondeggiano da un lato all'altro mentre si spostano dalla cima degli alberi al suolo . I ricercatori hanno sviluppato un modello computazionale derivato da dati ottenuti attraverso video ad alta velocità dei serpenti; hanno preso in considerazione diverse caratteristiche, come l'angolo di attacco che il serpente forma con il flusso d'aria in arrivo e la frequenza delle sue oscillazioni, e hanno determinato quali fossero importanti per produrre la planata.
Le caratteristiche dei serpenti volanti
I robot sono stati progettati per muoversi in modo da imitare i movimenti degli animali o ispirarsi alle loro caratteristiche. Gli scienziati stanno ora valutando come progettare robot che imitino il movimento di planata esibito dai serpenti volanti. In Physics of Fluids, i ricercatori dell'Università della Virginia e del Virginia Tech hanno esplorato il meccanismo di produzione della portanza dei serpenti volanti.
L'ondulazione consente ai serpenti di planare per lunghe distanze, fino a 25 metri da un'altezza di 15 metri.
Dal modello computazionale derivato dai dati video, è risultato che una componente chiave di questo modello è la forma della sezione trasversale del corpo del serpente. La forma assomiglia a un frisbee allungato o a un disco volante.
Una questione di pressione
La forma trasversale è essenziale per capire come il serpente possa planare così lontano. In un frisbee, il disco che gira crea un aumento della pressione dell'aria sotto il disco e un'aspirazione sulla parte superiore, sollevando il disco in aria. Per creare lo stesso tipo di differenziale di pressione sul corpo, il serpente ondeggia da un lato all'altro, producendo una regione a bassa pressione sopra la schiena e una regione ad alta pressione sotto la pancia. Questo solleva il serpente e gli permette di scivolare nell'aria.
"L'ondulazione orizzontale del serpente crea una serie di strutture vorticose importanti, tra cui i vortici del bordo d'attacco (LEV) e i vortici del bordo d'uscita (TEV)". Lo ha spiegato l'autore Haibo Dong dell'Università della Virginia. "La formazione e lo sviluppo dei LEV sulla superficie dorsale, o posteriore, del corpo del serpente gioca un ruolo importante nella produzione di portanza".
Le LEV si formano vicino alla testa e si spostano indietro lungo il corpo. I ricercatori hanno scoperto che le LEV si mantengono per intervalli più lunghi in corrispondenza delle curve del corpo del serpente prima di essere eliminate. Queste curve si formano durante l'ondulazione e sono fondamentali per comprendere il meccanismo di sollevamento.
Frequenza e aerodinamicità
Il gruppo ha preso in considerazione diverse caratteristiche per determinare quali fossero importanti per produrre la planata. Nel loro ambiente naturale, i serpenti volanti ondeggiano in genere con una frequenza compresa tra 1-2 volte al secondo. Sorprendentemente, i ricercatori hanno scoperto che un'ondulazione più rapida riduce le prestazioni aerodinamiche.
"La tendenza generale che osserviamo è che un aumento della frequenza porta a un'instabilità nella struttura del vortice. Ciò causa la torsione di alcuni tubi a vortice. I tubi a vortice che ruotano tendono a staccarsi dalla superficie, causando una diminuzione della portanza", ha detto Dong.
Gli scienziati sperano che le loro scoperte portino a una maggiore comprensione del movimento di scivolamento e a una progettazione più ottimale per i robot serpente che scivolano.
