"Cánh cú mèo" giúp con người chế tạo động cơ và máy bay yên lặng hơn

Nhờ những mép răng cưa ở đầu cánh, loài cú mèo được biết đến như những sát thủ thầm lặng; chúng vút qua hàng cây và quắp con mồi trong khi nạn nhân còn ngơ ngác không hiểu chuyện gì.

Nhờ việc mô phỏng cấu tạo đôi cánh của kẻ săn mồi kia, các nhà khoa học đã có thể giảm thiểu được tiếng ồn của động cơ và máy bay.

Ứng dụng trên máy móc con người

Nhóm chuyên gia thuộc Đại học Chiba, Nhật Bản đã phát hiện ra rằng, các khía răng cưa trên cánh chim cú có thể kiểm soát quá trình chuyển đổi dòng không khí hỗn độn và dòng không khí hợp lý. Ngoài ra họ còn cho biết: Những nguyên tắc tương tự cũng có thể được sử dụng trong thiết kế máy móc của con người. Nghiên cứu này vừa được công bố trong “iopscience” vào ngày 04/07 mới đây.

Các nhà khoa học đã chứng minh được rằng mép răng cưa có thể giúp giảm tiếng ồn khi không khí thổi qua tấm kim loại. Nhằm tăng độ tin cậy, nhóm nghiên cứu đã sử dụng mô hình máy tính để đo âm thanh trên các ống thông gió ứng dụng thiết kế mới.

Các nhà khoa học phát hiện khía răng cưa trên cánh cú mèo có khả năng giảm tiếng ồn (Ảnh: Shutterstock).

Hao Liu - trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: "Cú mèo được biết đến với khả năng bay không gây tiếng động là nhờ những đặc điểm thiết kế độc đáo trên cánh của chúng. Ngoài sở hữu phần bề mặt mượt như nhung, loài chim còn có phần răng cưa ở đầu mũi cánh và hai bên rìa cánh giúp giảm thiểu tiếng ồn tối đa khi hoạt động”.

"Chúng tôi muốn tìm hiểu các tính năng này ảnh hưởng đến khả năng tạo lực khí động học, giảm tiếng ồn như thế nào và liệu chúng ta có thể áp dụng những phát hiện mới này trên máy móc của con người", Liu cho biết.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm trên các mô hình cánh (lấy cảm hứng từ chim cú) có và không có các khía răng cưa ở đầu cánh. Họ phát hiện được rằng mô hình cánh có khía răng cưa sẽ cho ra lượng tiếng ồn ít hơn nhưng cả nhóm vẫn chưa hiểu rõ về nguyên lý này.

Các mô hình sau đó được thử nghiệm trong một giả lập xoáy lớn. Đó là một mô hình toán học tiêu chuẩn được các nhà khoa học sử dụng để nghiên cứu luồng không khí trong một đường hầm gió tốc độ thấp. Nhóm nghiên cứu sử dụng phương pháp đo vận tốc hạt (PIV) và các phép đo lực khác để tiến hành kiểm tra.

Kết quả cho thấy: các khía răng cưa ở đầu cánh có thể kiểm soát thụ động sự chuyển đổi giữa dòng chảy không khí ổn định và dòng không khí hỗn loạn trên bề mặt ở góc độ tấn công (AoA) – góc độ gió thổi vào cánh (thường giao động giữa 0 và 20 độ).

Nói cách khác, những khía răng cưa này rất quan trọng trong việc quản lý sức mạnh khí động học và giảm thiểu tiếng ồn. Chúng chia nhỏ luồng không khí có tần số cao đập vào cánh thành các luồng không khí nhỏ hơn, không khí tiếp xúc sẽ dịu hơn và êm hơn.

Các nhà khoa học cho biết có sự cân bằng giữa khả năng sản xuất lực và ức chế tiếng ồn. Ở AoA dưới 15 độ, cánh của chim cú có khía răng cưa sản xuất lực khí động học yếu hơn loại cánh không có khía răng cưa của các loài chim khác.

Tuy nhiên, khi AoA trên 15 độ (thường thấy khi một con cú đang bay) thì khả năng sản xuất khí động học cũng như giảm tiếng ồn được cải thiện đáng kể, nhóm nghiên cứu nói thêm.

Cần thêm nhiều năm nghiên cứu

Mặc dù phải thêm nhiều năm nghiên cứu nữa các nhà khoa học mới có thể đưa những phát hiện này vào hoạt động thiết kế động cơ, máy bay và bất cứ thứ gì khác tương tác với luồng không khí khi hoạt động. Nhưng vào thời điểm hiện tại đã có một cơ sở nghiên cứu được xây dựng để giải quyết vấn đề trên.

Liu cho biết: "Nếu áp dụng những thành tựu trong nghiên cứu các khía răng cưa của chim cú cho các cánh động cơ, cánh máy bay hoặc máy bay không người lái; chúng ta có thể tạo ra một thế hệ máy móc vận hành êm ái, yên tĩnh mà vẫn hiệu quả”.

"Hiện tại, tiếng ồn là rào cản chính trong việc xây dựng và phát triển các động cơ gió. Nếu quả thực có thể khiến các động cơ kia “im lặng” khi làm việc, thì nghiên cứu này là một công trình rất đáng để đầu tư", trưởng nhóm nghiên cứu chia sẻ.