Araştırmacılar, daha aerodinamik makineler için alışılmışın dışında bir yerden ilham alıyorlar: okyanustan. Harvard Üniversitesi’nde evrimsel biyologlardan ve mühendislerden oluşan bir ekip, Güney Karolina Üniversitesi’nden çalışma arkadaşlarının katkılarıyla, köpekbalığı derisi hakkında on yıllardır devam eden bir gizemi aydınlatırken, bir yandan da doğadan ilham alarak uçakların, rüzgâr türbinlerinin, insansız hava araçlarının ve arabaların aerodinamik performansını geliştirebilecek yeni bir yapı ortaya koyuyorlar. Araştırma Journal of the Royal Society Interface’de yayımlanmış.
Köpekbalıkları ve uçaklar, esasen birbirlerinden o kadar da farklı değil. Her ikisi de, gövdelerinin şeklini kullanarak taşıma kuvveti yaratıp sürüklenme kuvvetini azaltarak, akışkanlar (su ve hava) içinde daha verimli hareket edecek şekilde tasarlanmıştır. Aralarındaki tek fark, köpekbalıklarının tasarım sürecinin 400 milyon yıl önce başlamış olması.
Henry Bryant Bigelow’da Organizma ve Evrimsel Biyoloji Bölümü profesörü, ihtiyolog (balıkbilimcisi) ve araştırmanın eşyazarı George Lauder, “Köpekbalıklarının derisi, şekilleri ve boyutları vücudun farklı yerlerinde değişiklik gösteren binlerce ufak pul ve dentikülle (deridişçikleriyle) kaplıdır,” diye belirtiyor ve ekliyor, “Çok büyük oranda insan dişini andıran deridişçiklerinin yapısı hakkında oldukça fazla bilgiye sahibiz, ancak işlevleri hakkında tartışmalar hâlâ devam ediyor.”
Çoğu araştırma deridişçiklerinin sürükleme kuvvetini azaltan özellikleri üzerinde duruyor ancak Lauder ve ekibi görünenden fazlası olabilir mi diye sorguluyor.
Harvard’da post doktora öğrencisi ve çalışmanın birinci eşyazarı Mehdi Saadat, “Peki ya bu kendine has şekillerdeki deridişçikleri sürüklenme kuvvetini azaltmada değil de, taşıma kuvvetini arttırmakta daha iyiyse diye sorduk” diyor. Saadat aynı zamanda Güney Karolina Üniversitesi’nde makine mühendisliği bölümünde ders veriyor.
Bu hipotezin test edilmesine yardımcı olmak adına araştırmacılar, Harvard John A. Paulson Mühendislik Fakültesi ve Uygulamalı Bilimlerden (SEAS) bir mühendis ekibiyle işbirliği yaptılar. İlham almak için de, dünyanın en hızlı köpekbalığı olan sivriburun camgözle çalıştılar. Camgözün deridişçiklerinin, tıpkı Poseidon’un üç uçlu mızrağını andıracak şekilde üç tane çıkıntısı bulunuyor. Araştırma ekibi, mikro-CT tarama yöntemini kullanarak bu deridişçiklerini üç boyutlu şekilde önce görüntüledi, ardından da modelledi. Sonrasında bu şekilleri üç boyutlu yazıcıyla, kanat profili olarak da bilinen kavisli aerodinamik kanat kesitinin yüzeyine bastılar.
“Kanat profilleri, tüm hava araçlarının ana parçalarından biri” diyor Harvard’da doktora öğrencisi ve çalışmanın birinci eşyazarı olan August Domel. “Bu yapıları kanat profillerinde test ederek taşıma ve sürükleme kuvvetleri üzerindeki etkilerini ölçmeyi hedefledik. Böylece insansız hava aracı, uçak ve rüzgâr türbini benzeri hava araçlarının tasarımında bu uygulamalara yer verilebilir.”
Deridişçik boyutu, sırası ve bu sıraların su akış tankı içinde bulunan kanat profilleri üzerindeki konumlarının 20 farklı kombinasyonunu deneyen araştırmacılar, sürükleme kuvvetini azaltmanın yanı sıra, deridişçiğe benzer bu yapıların çok güçlü ve olağandan daha ince girdap üreteçleri gibi çalışarak taşıma kuvvetini arttırdığını ortaya koydular.
Girdap üretecinin ne olduğunu bilmeseniz dahi, mutlaka bir tane görmüşsünüzdür. Hareket eden bir aracın yüzeyindeki hava akışını kontrol ederek aerodinamik yapısını arttırmaya yarayan bu ufak ve hareketsiz parçalardan arabalarda ve uçaklarda da bulunuyor. Günümüzde çoğu girdap üretecinin basit ve bıçak ağzına benzer bir tasarımı var.
“Köpekbalıklarından ilhamla tasarlanan girdap üreteçleri, taşıma-sürükleme oranında aynı üreteçlerden bulunmayan kanat profillerine kıyasla yüzde 323’lük bir gelişme kaydetti” diye ekliyor Domel. “Kanıt niteliğindeki bu tasarımla, doğadan ilham alan girdap üreteçlerinin diğer geleneksel tasarımlara üstün gelebilecek potansiyeli olduğunu gösterdik.”
“Bu girdap üreteçlerinin, kanatlardaki verimliliği arttırmak üzere rüzgâr türbinlerinde ve insansız hava araçlarında kullanıldıklarını hayal etmek çok da güç değil,” diyor William and Ami Kuan Danoff’ta Mühendislik Fakültesi ve Uygulamalı Bilimlerde (SEAS) Uygulamalı Mekanik profesörü Katia Bertoldi, “Sonuçlar, doğadan ilham alan gelişmiş aerodinamik tasarımların önünü açıyor.”
Lauder ayrıca şunları ekliyor, “Bu çalışmayla birlikte yalnızca özgün bir girdap üreteci tasarımı ortaya çıkmadı, aynı zamanda karmaşık yapıda ve muhtemelen birden fazla işleve sahip köpekbalığı deridişçiklerinin (dentikül) içyüzünü anlamaya da bir adım daha yaklaştık.
