Инженеры из Пенсильванского университета изучили геометрию поверхности и внутреннюю структуру жилок на крыльях стрекозы. Модель ИИ, обученная на собранных данных, позволила перепроектировать крылья самолета, чтобы сделать их более легкими, сохранив прочность и аэродинамические свойства.
Исследователи проанализировали геометрическую сеть жилок внутри крыла стрекозы, используя обратные диаграммы Максвелла. Этот инструмент используется для расчета равновесия сил в системе. С его помощью ученые определили физику строения крыла стрекозы. Они разделили геометрию крыла на внутреннюю сосудистую сеть и внешние края и показали, как на внутренние структуры влияют другие компоненты.
Исследователи обнаружили корреляцию между толщиной соединенных компонентов крыла и плоскостным равновесием сети. «Это все равно, что взять сосудистую сеть стрекозы, потянуть ее со всех сторон и обнаружить, что общая структура прекрасно работает как растянутая сеть, по крайней мере, в 2D-плоскости», — говорит Масуд Акбарзаде, соавтор исследования.
Исследователи использовали диаграммы формы и силы крыла стрекозы в качестве обучающего набора данных для разработки модели машинного обучения, которая генерирует структурные сети, точно отражающие геометрию крыла. Обученную модель использовали для проектирования уменьшенной модели крыла Boeing 777 в масштабе 1:120. Анализ показал, что внесенные изменения приводят к значительному улучшению структурной эффективности крыльев.
В процессе длительной эволюции насекомые разработали невероятно легкие, эффективные и прочные структуры для полета, добавляют авторы исследования. Результаты анализа показывают, что с помощью «природных разработок» можно создать более легкие и эффективные самолеты с использованием меньшего количества материалов.
