Flygplan med päls ett riktigt lyft
Genom att studera flexibla objekt, till exempel hårstrån, och dess relation till luft och vatten har forskare från KTH tillsammans med kollegor från Italien gjort en upptäckt. De har kommit fram till att djur har stor hjälp av sin svans för att förflytta sig framåt. En positiv samverkan mellan svans och omgivande luft eller vattet bidrar till djurs rörelser utan någon ansträngning från djuret.
En av många funktioner som svansar, fjädrar, fjäll, hår och andra elastiska och formbara utväxter på djur har är att öka förmågan att förflytta sig i luft och vatten. I en ström av vatten eller luft kommer en svanslikande struktur som är fäst på bakdelen av en kropp att spontant börja flaxa (självsvänga fram och tillbaka) periodiskt, och i genomsnitt i samma riktning som strömningen. Ungefär på samma sätt som när en flagga fäst vid en flaggstång fladdrar i vinden.
Det visar sig dock att detta endast är sant om svansen – eller flaggan i exemplet ovan – är tillräckligt lång.
Forskare på KTH och Italien påvisar via en enkel modell att om den flexibla strukturen – i detta fall svansen – på kroppen är kort, så flaxar den i en vinkel på 20-40 grader antingen till höger eller vänster om det inkommande vatten- eller luftflödet.
På grund av den skeva svansen verkar en sidokraft på kroppen, så att kroppen kan förflytta sig på tvären utan att behöva anstränga sig. Upptäcken visar hur förekomsten av svansliknande strukturer kan genom en positiv samverkan med den omgivande luften eller vattnet och bidra till djurs rörelser utan någon som helst ansträngning från djuret.
Det här sättet att kostnadsfritt ur ett energiperspektiv utnyttja det omgivande vattnet eller luften innebär nya möjligheter när det kommer till framtidens båtar och flygplan. Forskningsresultatet kan nämligen vara användbart i tekniska tillämpningar där man vill generera en sido- eller lyftkraft på en rörlig kropp, utan att samtidigt öka motståndet från det omgivande vattnet eller luften.
Förenklat handlar det om att ge farkoster ökad lyftkraft utan att öka luftmotståndet. I sin tur kan det till exempel ge lägre bränsleförbrukning för flygplan.
Betyder det att morgondagens bilar utrustas med svans eller att flygplanen i framtiden kommer att få päls?
– En konsekvens i framtiden skulle kunna vara att fästa flexibla strukturer på flygplan, även om mycket forskning kvarstår. Ämnet kallas för biomimetik, där man utvecklar ny teknik genom att dra lärdom av de mekanismer som djur använder sig av för att förflytta sig. Redan idag har studier av knölvalar lett fram till vågformade blad på vindkraftverk, säger Shervin Bagheri.
Han är forskare vid centrumbildningen Linné Flow Centre på KTH, och kallar forskningen ett ”Proof of concept”. Forskare har tidigare vetat att hårstrån bidrar till att underlätta för djurs förflyttning framåt, men inte hur.
– Det finns studier som visar att de flexibla utväxter man finner på djurs kroppar ofta bidrar till att underlätta deras förflyttning framåt. Men när organismen inte aktivt kan kontrollera strukturen så måste det ske en positiv växelverkan med det omgivande flödet för att den ska kunna bidra till förflyttning, säger Shervin Bagheri.
Han tillägger att det är väldigt svårt att noggrant identifiera hur enstaka hårstrån eller annan beklädnad på djur bidrar till förflyttning eftersom naturen alltid kompromissar och har inte satsat allt på att djur ska förflytta sig så snabbt eller så smidigt som möjligt.
– Päls har ju andra funktioner också, framförallt att isolera mot värme och kyla, säger Shervin Bagheri.
INFORMATION
Forskningsresultatet kommer att publiceras i Physical Review Letters i mitten av oktober. KTH-forskarnas kollegor i Italien heter Andrea Mazzino och Alessandro Bottaro och arbetar vid Genua-universitetet.
