Парящие змеи – отнюдь не мифологические существа с крыльями, а реальные змеи, которые могут пролетать удивительно большие расстояния. Живут они в тропических лесах Индии и Юго-Восточной Азии. Даже для ученых летающие змеи все еще являются загадкой.
Каким образом эти фактически одномерные существа могут лететь так далеко? И как можно изучить их необычное поведение без путешествий в далекие уголки земли?
Ответить на эти вопросы помогает ускоренная на GPU компьютерная модель, которая впервые используется для изучения аэродинамических свойств феномена летающих змей.
Лорена Барба, профессор-адъюнкт по механической и авиационно-космической технике при Университете Джорджа Вашингтона в штате Вашингтон, возглавляет команду, которая занимается моделированием аэродинамических свойств летающих змей с помощью разработанного в стенах университета приложения по вычислительной гидродинамике (CFD) и графического ускорителя Tesla K20.
Сегодня летающие змеи. Завтра — летающие роботы?
Ученые часто находят вдохновение у природы, когда нужно решить задачи механического мира. В случае летающих змей решение природы выглядит очень элегантным. Чтобы убежать от хищника, найти пищу или просто перескочить на высоте примерно 10 метров с одного места на другое, змеи могут горизонтально пролететь до 21 метра!
Мощные компьютерные инструменты помогают ученым понять принцип далекого полета этих существ.
(Источник: статья на arXiv.org — arXiv:1309.2969 [physics.flu-dyn])
Ярко-зеленая с оранжевыми акцентами змея Chrysopelea paradis, которая также известна как украшенная древесная змея, является превосходным пилотом. Эта метровая ядовитая змея не только перелетает на длинные расстояния, но и может менять курс прямо в полете.
Змеи начинают свой полет с веток деревьев. Сорвавшись с дерева, чтобы увеличить площадь тела, путем вращения ребер они сплющивают свое тело. Во время полета сплюснутое тело движется зигзагообразно, что и позволяет змеям парить.
Наблюдать за ними очень интересно:
Ускоренная на GPU гидродинамическая модель проливает свет на подъемную силу
При подготовке к своему исследованию Лорена Барба интересовалась преимущественно одним, наиболее интригующим аспектом летательных способностей этих змей.Как показал эксперимент в воздушном туннеле с моделями тела змеи, при определенном угле атаки (траектория змеи по отношению к потоку воздуха) возникает определенное увеличение подъемной силы. Неясно, используют ли эту подъемную силу змеи в природе, но изучение этого аспекта могло бы быть интересно для дальнейших исследований.
Chrysopelea paradisi, также известная как украшенная древесная змея, — отличный пилот.
Кроме того, компьютерное моделирование позволило ученым менять скорость и угол атаки и наблюдать за вращением воздушного потока, что абсолютно невозможно в условиях живого эксперимента.
Следующий шаг — летающие змеи в 3D!
Команда Лорены Барбы тщательно изучила аэродинамику летающих змей с помощью всего лишь одного ускорителя Tesla, установленном в обычном настольном компьютере.В настоящий момент ученые работают с 2D-сечением тела змеи, поэтому Лорена планирует добавить еще несколько графических процессоров, чтобы создавать сложные 3D-модели всего тела и выяснить, почему эти змеи летают так здорово.
Сейчас Лорена привлекает других ученых для совместной работы. Приложение вычислительной гидродинамики, скрипты и данные, необходимые для воспроизведения экспериментов, находятся в свободном доступе.
Хотите узнать больше о летающих змеях и GPU? Посетите стенд NVIDIA (#613) на конференции Supercomputing 2013 (SC13) в Дэнвере, чтобы послушать презентацию профессора Барбы.
Не собираетесь на SC13? Не проблема. Все презентации со стенда NVIDIA будут транслироваться в режиме онлайн на странице SC13 на сайте NVIDIA. Ознакомиться с материалами профессора Барбы можно здесь.