Lacroix
Le colibri tire son nom de son agréable bourdonnement lorsqu’il plane devant les fleurs pour se nourrir. Mais ce n’est que maintenant qu’il est devenu clair remark l’aile génère le son homonyme du colibri lorsqu’elle bat rapidement à 40 battements par seconde. Des chercheurs de l’Université de technologie d’Eindhoven, de Sorama, une société dérivée de TU / e, et de l’Université de Stanford ont méticuleusement observé les colibris à l’aide de 12 caméras haute vitesse, 6 plaques de pression et 2176 microphones. Ils ont découvert que les ailes à plumes douces et complexes des colibris génèrent un son d’une manière similaire à celle des ailes additionally simples des insectes. Les nouvelles informations pourraient aider à rendre les appareils tels que les ventilateurs et les drones in addition silencieux.
L’équipe d’ingénieurs a réussi pour la première fois à mesurer l’origine précise du son généré par le battement d’ailes d’un animal volant. Le bourdonnement du colibri provient de la différence de pression entre le dessus et le dessous des ailes, qui transform à la fois en ampleur et en orientation lorsque les ailes battent d’avant en arrière. Ces différences de pression sur l’aile sont essentielles, automobile elles fournissent la drive aérodynamique nette qui permet au colibri de décoller et de planer.
Contrairement à d’autres espèces d’oiseaux, une aile de colibri génère une forte pressure aérodynamique ascendante pendant le coup d’aile vers le bas et vers le haut, donc deux fois par battement d’aile. Alors que les deux différences de pression dues à la pressure de portance et de traînée agissant sur l’aile contribuent, il s’avère que la différence de pression de levage vers le haut est la principale supply du bourdonnement.
La différence entre pleurnicher, fredonner, bourdonner et wooshing
Professeur David Lentink de l’Université de Stanford : “C’est la raison pour laquelle les oiseaux et les insectes émettent des sons différents. Les moustiques gémissent, les abeilles bourdonnent, les colibris bourdonnent et les furthermore gros oiseaux” woosh “. La plupart des oiseaux sont relativement silencieux automobile ils ne génèrent la plupart de l’ascenseur qu’une seule fois pendant le battement des ailes à la class descendante. Les colibris et les insectes sont as well as bruyants parce qu’ils le font deux fois par battement d’aile. ”
Les chercheurs ont combiné toutes les mesures dans un modèle acoustique 3D d’ailes d’oiseaux et d’insectes. Le modèle fournit non seulement un aperçu biologique de la façon dont les animaux génèrent des sons avec leurs ailes battantes, mais il prédit également comment les performances aérodynamiques d’une aile battante donnent au son de l’aile son quantity et son timbre. «Le son distinctif du colibri est perçu comme agréable en raison des nombreuses« harmoniques »créées par les différentes forces aérodynamiques sur l’aile. Une aile de colibri est similaire à un instrument magnifiquement accordé», explique Lentink avec un sourire.
Caméra sonore significant-tech
Pour arriver à leur modèle, les scientifiques ont examiné 6 colibris d’Anna, l’espèce la as well as commune autour de Stanford. Un par un, ils ont fait boire aux oiseaux de l’eau sucrée d’une fausse fleur dans une chambre de vol spéciale. Autour de la chambre, non visibles de l’oiseau, des caméras, des microphones et des capteurs de pression ont été installés pour enregistrer précisément chaque battement d’aile en planant devant la fleur.
Vous ne pouvez pas simplement sortir et acheter l’équipement nécessaire pour cela dans un magasin d’électronique. PDG et chercheur Rick Scholte de Sorama, une spin-off de TU Eindhoven : «Pour rendre le son visible et pouvoir l’examiner en détail, nous avons utilisé des caméras sonores sophistiquées développées par mon entreprise. Les caméras optiques sont connectées à un réseau de 2176 microphones à cet effet. Ensemble, ils fonctionnent un peu comme une caméra thermique qui vous permet de montrer une graphic thermique. Nous rendons le son noticeable dans une «carte thermique», ce qui nous permet de voir le champ sonore 3D en détail. ”
Nouveaux capteurs de force aérodynamique
Pour interpréter les illustrations or photos sonores 3D, il est essentiel de connaître le mouvement de l’aile de l’oiseau à chaque level de mesure du son. Pour cela, les douze caméras haute vitesse de Stanford sont entrées en jeu, capturant le mouvement precise de l’aile image par image.
Lentink : “Mais ce n’est pas la fin de l’histoire. Nous devions également mesurer les forces aérodynamiques générées par les ailes du colibri en vol. Nous avons dû développer un nouvel instrument pour cela.” Au cours d’une expérience de suivi, six plaques de pression très sensibles ont finalement réussi à enregistrer les forces de portance et de traînée générées par les ailes lorsqu’elles se déplaçaient de haut en bas, une première.
Afin que les enregistrements sonores et les photos correspondent toujours exactement.” Étant donné que les caméras, les microphones et les capteurs se trouvaient tous à des endroits différents dans la pièce, les chercheurs ont également dû corriger cela.
Algorithme en tant qu’artiste composite
Une fois que l’emplacement de l’aile, le son correspondant et les différences de pression sont précisément alignés pour chaque image vidéo, les chercheurs ont été confrontés à la complexité de l’interprétation des données à quantity élevé. Les chercheurs se sont attaqués à ce défi en exploitant l’intelligence artificielle, les recherches du doctorant TU / e et co-premier auteur, Patrick Wijnings.
Wijnings: “Nous avons développé un algorithme pour cela qui peut interpréter un champ acoustique 3D à partir des mesures, et cela nous a permis de déterminer le champ sonore le in addition probable du colibri. La alternative à ce soi-disant problème inverse ressemble à ce qu’un composite facial de police l’artiste fait: utiliser quelques indices pour faire le dessin le plus fiable du suspect. De cette façon, vous évitez la possibilité qu’une petite distorsion dans les mesures improve le résultat. ”
Les chercheurs ont finalement réussi à condenser tous ces résultats dans un very simple modèle acoustique 3D, emprunté au monde des avions et mathématiquement adapté au battement d’ailes. Il prédit le son que les ailes battantes rayonnent, non seulement le bourdonnement du colibri, mais aussi le woosh d’autres oiseaux et chauves-souris, le bourdonnement et les gémissements des insectes et même le bruit que génèrent les robots aux ailes battantes.
Rendre les drones additionally silencieux
Même si ce n’était pas l’objet de cette étude, les connaissances acquises peuvent également aider à améliorer les rotors des avions et des drones ainsi que les ventilateurs d’ordinateurs portables et d’aspirateurs. Les nouvelles connaissances et outils peuvent aider à rendre plus silencieux des appareils conçus qui génèrent des forces complexes comme le font les animaux.
C’est exactement ce que vise Sorama : “Nous rendons le son seen afin de rendre les appareils additionally silencieux. La air pollution sonore devient un problème de in addition en additionally grand. Et un décibel-mètre ne résoudra pas cela. Il faut savoir d’où vient le son. vient de et comment il est produit, afin de pouvoir l’éliminer. C’est à cela que servent nos caméras sonores. Cette recherche d’aile de colibri nous donne un modèle complètement nouveau et très précis comme level de départ, afin que nous puissions faire notre travail même mieux », conclut Scholte.
Vidéo : https://www.youtube.com/observe?v=CfFitC4D838&t=2s
