• البومة الثلجية (هيدويغ) من سلسلة أفلام هاري بوتر كانت توصل البريد وتوفر الرفقة للساحر الشهير.
• بومة (أ. أ. ميلن) الكبيرة الحكيمة تُأمِن (كريستوفر روبن-ويني بوه) والأصدقاء بالحكمة، وإن كان ذلك مشكوكًا في أمره في بعض الأحيان.
• أولمان (Owlman) يصبح يقظًا ليلًا كمقتصٍ عندما يموت شقيقه الأصغر (باتمان)، في عالم موازٍ أنشأته دي سي كوميكس (DC Comics) في التسعينيات.

ربما البوم هو الطائر الأكثر إثارةً للاهتمام؛ هذه الطيور المَهيبة، التي يصل امتداد جناحيها لطول طالب طويل القامة بالمدرسة المتوسطة، قوةً لا يُستهان بها في المملكة الحيوانية. البوم الكبيرة، مثل البومة الثلجية، وبومة القرون الكبيرة، والبومة الرمادية العظيمة صيادون صامتون، فهي تعتمد على السرعة للقبض على الفريسة، مما يعطيهم ميزة افتراسية على الصقور والنسور.

يقول (جوستين جاوورسكي)، الأستاذ المساعد في الهندسة الميكانيكية والميكانيكا: «فِهم كيف تنقض هذه الطيور الكبيرة في سكينة قد يساعد المهندسين لتصميم طائرات أكثر هدوءًا، وكذلك توربينات الرياح والمركبات تحت الماء».

• سلاح البوم الصامت:

(أنوبام شارما)، الأستاذ المساعد بجامعة ولاية أيوا لهندسة الطيران وزميل كلية (والتر و. ويلسون) الذي بدأ العمل في مجال الضوضاء المرتبطة بتدفق الهواء (aeroacoustics) خلال كلية الدراسات العليا وموقفه السابق كموظف دراسات عليا، قام بسحب مجلد بلاستيكي من رف الكتب فوق مكتبه في جامعة ولاية أيوا، وكان بداخله الجناح الذي تم جمعه والحفاظ عليه بعناية من البومة قصيرة الأذن (short-eared owl)، حينها قال أنَّه يمكن أن يكون هناك بعض الدلائل لتطوير الطائرات فائقة الهدوء وتوربينات الرياح، قال شارما: «البوم هو طيرٌ يمتاز بصمتِه التام -تقريبًا- في الطيران»، كما أضاف «البوم ليست فقط صامتة في وضعية الإنسلال، ولكن أيضًا في وضعية الرفرفة، وهو أمر مدهش حقًا». ثم التقط شارما بعدها الجناح وهو من عينة تمَّ جمعها من قِبل عالم الطيور في ولاية أيوا (ستيفن دينسمور)، وأشار إلى ثلاثة أجزاء تُمثِل سلاح البوم الصامت وهم المسؤولون عن الطيران الصامت:

• أولًا: الريش في الحافة بالمقدمة من الجناح هناك صغير، دقيق ويشبه المِشط في هيكله.
• ثانيًا: الحافة الزائدة من الجناح تنتهي بريش يشبه الشراشيب القماشية مسامي ومرن.
• ثالثًا: المعطف الناعم على ريش الطيران.

لتعلم بالضبط كيف تتلاعب هذه المجموعة الصامتة بتدفق الهواء والاضطرابات والضغط الجوي لتنتج طيرانًا صامتًا؛ شارما يقوم بفحص عينات جناح البومة، وخلق نماذج رقمية وتشغيل محاكاة متعددة الأيام تستخدم أكثر من (16000) من المعالجات التي يقدمها أحد أفضل البلدان في مرتبة مرافق الحواسيب فائقة السرعة في مختبر أرغون الوطني في إلينوي. ويأمل هو وزملاؤه أن تنتج دراساتهم أفكارًا عملية لصنع طائرات فائقة الصمت وتوربينات رياح.

كانت هناك دراسات سابقة لأجنحة البومة والطيران الصامت؛ كما بحث الجيش الأمريكي طيران البومة للحصول على أفكار للطائرات الشبح. ولكن شارما قال أنَّ القليل منهم فقط هم من اتخذوا منهجًا حاسوبيًا رفيع المستوى للدراسات.

وقال شارما «يمكننا أن ندخل فى بعض التفاصيل التي لا يمكن الوصول إليها من خلال التجارب».

وأفاد شارما عن بعض تحقيقاته العددية في وقت سابق من هذا العام في (دنفر) خلال اجتماع الصوتيات الهوائية للمعهد الأمريكي للملاحة الجوية والملاحة الفضائية، ووصف شارما كيف ألهمت معطف أجنحة البومة الناعم المتعاونين معه في شركة فرجينيا للتكنولوجيا لتصميم نماذج جُنيحات «شكل منحني لجناح الطائرة» مع سلسلة منتظمة من «الزعانف» الصغيرة والرقيقة بالقرب من مؤخر حافة النصل، وبوضع موازٍ لتدفق الهواء. قاد (ويليام ديفنبورت)، وهو أستاذ في فرجينيا للتكنولوجيا الفضائية والهندسة البحرية ومدير نفق الرياح في الجامعة التجارب في فرجينيا. وقد قارنت فرقتا البحث أداء الجنيح المستوحى من البومة بجنيح هوائي عادي ومسطح.

وقال شارما أنَّ المحاكاة الحاسوبية أظهرت أنَّ الجنيح المستوحى من البومة خفَّض الضغط غير المستقر بشكل كبير على الطرف الخلفي من سطح النصل. ووجد الباحثون أنَّ الصوت الصادر بواسطة التصميم المستوحى من البومة تم تخفيضه حتى (5 ديسيبل) على نطاق واسع التردد. وقد لوحظ أن رغم هذا الحد من الضوضاء لم يفقد النصل الأداء الهوائي المعهود.

قال شارما أيضًا أن التجارب التي قام بها باحثو فرجينيا للتكنولوجيا توافقت مع المحاكاة. ووجد الباحثون أن التصاميم المستوحاة من البومة خفَّضت الضوضاء، وبرهنوا أيضًا أنَّ التباعد على الجنيح عامل تصميم مهم جدًا.

وتدعم مؤسسة العلوم الوطنية دراسات شارما بمِنحة كارير لمدة خمس سنوات، وهي (500،000) دولار، وهي جائزة أرقى مؤسسة لأعضاء هيئة التدريس في وقت مبكر. وقد دعم اتحاد المِنح الفضائية (أيوا) أيضًا البحث مع منحة (100،000) دولار. ومؤسسة العلوم الوطنية ومؤسسة أرغون للحوسبة القيادية تدعم وقف الكمبيوتر للدراسات.

بالإضافة إلى شارما، تدعم المنح البحث المقدم من ثلاثة طلاب في ولاية أيوا في هندسة الطيران؛ (أندرو بودلينغ) و(بهارات أغروال)؛ طلاب الدكتوراه، و(فيشال فيجاي)؛ طالب الماجستير.

تُشير ورقة بحث نُشرت في المجلة الدولية للصوتيات الهوائية عام (2016) من قِبل فريق شارما إلى أن اختبارات الجنيحات مع الحافة المسننة بالمقدمة والمستوحاة من أجنحة البومة اثبتت أن تسنين الجنيح خفّض الضوضاء إلى حد كبير. كما وضعت الورقة الآليات المادية التي تُساهم في الحد من الضوضاء.

جميع عمليات المحاكاة والاختبارات والبيانات التي تطبق مجموعة أدوات البوم على شفرات التوربينات الهوائية ورياح التوربينات الريحية لا تعني أن طائرات الجيل القادم أو توربينات الرياح ستبدو مثل أجنحة البومة. يقول شارما: «إن نهجنا مستوحى من الحيوية بدلًا من التقليد الحيوي وسيكون لدينا تصاميم لا تبدو مثل أجنحة البومة؛ نحن ندرس الآليات الفيزيائية وراء طيران البومة الصامتة، ومن ثمَّ نقوم باتخاذ هندسيات مبسطة مستوحاة من أجنحة البومة وتطبيق تلك على أجنحة الطائرات، ريش الدوار في المحركات النفاثة و توربينات الرياح».

قد استخدم شارما الطباعة ثلاثية الأبعاد لتطوير النماذج بسرعة لاختبار مختلف الأفكار والهندسيات. حتى الآن، والدراسات تقول له البوم لديه القدرة على مساعدة المهندسين على تطوير الطيران فائق الصمت، وبالمثل في طاقة الرياح، على الرغم من أنَّ التطبيقات قد بدأت على نطاق أصغر وسرعات كتب منخفضة؛ مثل حوامات آلية التحكم أو طائرات بدون طيار.

وكتب بعد ذلك شارما في ملخص البحث «نتائج هذا البحث يمكن أن يكون لها تأثير على تصميم المركبات الجوية الصامتة في تطبيقات الدفاع المدني، في التجارة وفي النقل».

القول الأخير في مسألة البوم سيكون في كيفية فِهم كلًا من عناصر الجناح، وكيفية دمجها معًا، وبالطبع كيفية تطبيق ما نعرفه للتصميم الهندسي.

إعداد وترجمة: أحمد محمد عبد المقصود

مُراجعة: إسلام سامي

تدقيق: أمنية أحمد عبد العليم

المصدر: https://techxplore.com/news/2017-08-owl-wings-bio-inspired-ideas-quieter.html