Thiết kế tuabin gió dựa trên cá voi và cá heo

Các động vật biển đã tiến hóa trong hàng triệu năm để tối ưu hóa hiệu quả chuyển động trong nước; trong khi đó con người mới cố gắng hoàn thiện thiết kế khí động học trong khoảng một thế kỷ. Vì vậy nên chăng chúng ta cần chú ý hơn đến các chuyên gia lão luyện của tự nhiên? Đó chính là việc mà các nhà sinh vật học và kỹ sư Hoa Kỳ đang thực hiện.

Bằng cách nghiên cứu chân chèo, vây cũng như đuôi của cá heo và cá voi, các nhà khoa học đã phát hiện một số đặc tính về cấu trúc của chúng mâu thuẫn với các lý thuyết kỹ thuật lâu đời. Tiến sĩ Frank Fish (đại học Tây Chester) đã phát biểu về tác động thú vị mà các khám phá này đem lại cho ngành công nghiệp thiết kế truyền thống vào thứ ba ngày 8 tháng 7 trong buổi họp thường niên của Hội sinh vật học thực nghiệm tại Marseille.

Một số quan sát của ông đã được áp dụng vào các vấn đề kỹ thuật thực tiễn, đó là khái niệm được gọi là phỏng sinh. Hình dáng chân chèo của cá voi với gờ mấp mô là cảm hứng để sáng tạo ra một thiết kế hoàn toàn mới lạ cho cánh quạt gió tuabin. Thiết kế này có hiệu suất cao hơn và chạy êm hơn, nhưng không tuân theo các lý thuyết kỹ thuật truyền thống.

(Ảnh: winddose.com)

Tiến sĩ Fish đưa ra lời khuyên: “Các kỹ sư đã từng cố gắng thực hiện mô hình dòng ổn định trên các bề mặt nâng cứng và đơn giản, ví dụ như cánh máy bay. Bài học từ vật phỏng sinh là dòng thiếu ổn định và các hình dạng phức tạp có thể tăng áp lực nâng, làm giảm sự kéo lê đồng thời trì hoãn 'chết máy', tình trạng đột ngột mất áp lực nâng, nằm ngoài khả năng của hệ thống kỹ thuật hiện hành. Thậm chí, có khả năng rằng công nghệ này có thể được áp dụng cho các thiết kế hàng không ví dụ như cánh máy bay lên thẳng trong tương lai”.

Nghiên cứu tập trung vào quá trình hình thành xoáy nước hay dòng nước dạng vòi rồng, được tạo ra bởi quá trình chuyển động của động vật. Tiến sĩ Fish giải thích: “Trong trường hợp cá voi lưng gù, xoáy nước được hình thành từ các bướu trên gờ trước của chân chèo để tạo ra thêm áp lực nâng mà không bị chòng chành, đồng thời củng cố tính linh hoạt cũng như tốc độ”.

“Trong trường hợp đuôi cá heo, xoáy nước được hình thành cuối các nhịp bơi lên xuống. Các xoáy nước này tham gia vào quá trình hình thành tia nước theo sau cá heo tạo ra những cú đẩy mạnh. Bằng cách hình thành các xoáy nước, cá heo có thể tối ưu hóa hiệu suất bơi của nó”.