Ornithopter: Pesawat Terbang yang Bergerak Seperti Burung

Dipublikasikan oleh Dias Perdana Putra

04 April 2024, 10.24

Sumber: en.wikipedia.org

 

 

Ornitopter

Ornithopter adalah jenis pesawat terbang yang beroperasi dengan cara mengepakkan sayapnya, mirip dengan gerakan sayap burung, kelelawar, atau serangga. Desain ornithopter didasarkan pada prinsip gerakan alami hewan terbang tersebut. Meskipun bentuk dan ukuran mesinnya dapat bervariasi, ornithopter umumnya dibuat dalam skala yang sama dengan hewan terbang yang ditirunya. Beberapa ornithopter berukuran besar bahkan berhasil dikembangkan dan dioperasikan. Ornithopter berawak sering kali didorong oleh mesin atau dikendalikan langsung oleh pilotnya.

Desain ornithopter karya Leonardo da Vinci

 

Sejarah awal

Sejumlah percobaan awal dalam penerbangan berawak mungkin dimaksudkan untuk mencapai gerakan mengepakkan sayap, namun pada kenyataannya, hanya pergerakan luncuran yang dapat berhasil dicapai. Contohnya adalah penerbangan yang diceritakan melibatkan biarawan Katolik pada abad ke-11, Eilmer dari Malmesbury (yang dicatat pada abad ke-12), serta penyair abad ke-9, Abbas Ibn Firnas (yang dicatat pada abad ke-17). Roger Bacon, dalam karyanya pada tahun 1260, adalah salah satu dari mereka yang pertama kali mempertimbangkan teknologi penerbangan. Kemudian, pada tahun 1485, Leonardo da Vinci memulai penelitiannya mengenai cara terbangnya burung. Dia menyadari bahwa manusia, karena berat badannya yang besar dan kekurangan kekuatan, tidak dapat terbang hanya dengan menggunakan sayap yang melekat pada lengan. Oleh karena itu, dia merancang sebuah alat di mana penerbang berbaring di atas sebuah platform dan menggerakkan dua sayap besar yang berselaput menggunakan tuas tangan, pedal kaki, dan sistem katrol.

Ornitopter EP Frost tahun 1902

Pada tahun 1841, seorang tukang besi kalfa bernama Manojlo, yang datang ke Beograd dari Vojvodina, mencoba melakukan penerbangan dengan alat yang disebut ornithopter (mengepakkan sayap seperti burung). Meskipun ditolak oleh pihak berwenang untuk lepas landas dari menara tempat lonceng bergantung di Katedral Saint Michael, dia berhasil naik secara diam-diam ke atap Dumrukhana (kantor pusat pajak impor) dan lepas landas, mendarat dengan selamat di tumpukan salju.

Ornithopter pertama yang berhasil terbang dibuat di Prancis. Pada tahun 1871, seorang bernama Jobert menggunakan karet gelang untuk menggerakkan model burung kecil. Selanjutnya, Alphonse Pénaud, Abel Hureau de Villeneuve, dan Victor Tatin juga menciptakan ornithopter yang menggunakan karet sebagai sumber tenaga pada tahun 1870-an. Ornithopter karya Tatin kemungkinan adalah yang pertama menggunakan torsi aktif pada sayapnya, dan tampaknya menjadi dasar bagi mainan komersial yang ditawarkan oleh Pichancourt sekitar tahun 1889. Gustave Trouvé adalah orang pertama yang menggunakan pembakaran internal, dan pada tahun 1890, model ornithopter miliknya berhasil terbang sejauh 80 meter dalam demonstrasi untuk Akademi Ilmu Pengetahuan Perancis, dengan sayapnya yang digerakkan oleh bubuk mesiu yang mengaktifkan tabung Bourdon.

Mulai tahun 1884, Lawrence Hargrave membuat sejumlah ornithopter yang menggunakan karet gelang, pegas, uap, atau udara bertekanan sebagai sumber tenaga. Dia memperkenalkan penggunaan sayap mengepak kecil yang memberikan dorongan pada sayap tetap yang lebih besar, menghilangkan kebutuhan akan pengurangan gigi dan menyederhanakan konstruksi ornithopter.

EP Frost mulai membuat ornithopter pada tahun 1870-an; model awalnya ditenagai oleh mesin uap, dan kemudian pada tahun 1900-an, dia berhasil membuat ornithopter yang ditenagai oleh mesin pembakaran internal yang cukup besar untuk membawa satu orang, meskipun tidak berhasil terbang.

Pada tahun 1930-an, Alexander Lippisch dan Korps Penerbang Sosialis Nasional Nazi Jerman berhasil membangun dan menerbangkan serangkaian ornithopter yang menggunakan pembakaran internal sebagai sumber tenaga, dengan konsep sayap mengepak kecil yang dikembangkan oleh Hargrave, tetapi dengan peningkatan aerodinamika yang dihasilkan dari studi yang teliti.

Erich von Holst, juga aktif pada tahun 1930-an, mencapai tingkat efisiensi dan realisme yang luar biasa dalam ornithopter yang digerakkan oleh karet gelang. Dia kemungkinan mencapai kesuksesan pertama dalam merancang ornithopter dengan sayap yang bisa ditekuk, meniru gerakan melipat sayap burung lebih dekat, meskipun belum menggunakan sayap dengan bentang variabel seperti yang dimiliki oleh burung.

Pada sekitar tahun 1960, Percival Spencer berhasil menerbangkan serangkaian ornithopter tanpa awak yang menggunakan mesin pembakaran internal dengan perpindahan mulai dari 0,020 hingga 0,80 inci kubik dan lebar sayap hingga 8 kaki. Pada tahun 1961, Spencer bersama Jack Stephenson menerbangkan ornithopter bertenaga mesin pertama yang dikemudikan dari jarak jauh, yang dikenal sebagai Spencer Orniplane. Orniplane memiliki lebar sayap 90,7 inci, berat 7,5 pon, dan ditenagai oleh mesin dua langkah berkapasitas 0,35 inci kubik. Pesawat ini memiliki konfigurasi biplan untuk mengurangi osilasi badan pesawat.

 

Penerbangan berawak

Ornithopter berawak dapat dikelompokkan ke dalam dua kategori utama: ornithopter yang digerakkan oleh tenaga manusia (ornithopter bertenaga manusia), dan yang digerakkan oleh mesin.

Pada sekitar tahun 1894, Otto Lilienthal, seorang pionir dalam bidang penerbangan, menjadi terkenal di Jerman berkat eksperimen glidernya yang sukses dan secara luas dipublikasikan. Lilienthal juga melakukan studi tentang penerbangan burung dan melakukan beberapa eksperimen terkait. Meskipun dia berhasil membangun sebuah ornithopter, pengembangan lebih lanjut terhambat oleh kematiannya yang mendadak dalam kecelakaan pesawat layang pada tanggal 9 Agustus 1896.

Pada tahun 1929, ornithopter bertenaga manusia yang dirancang oleh Alexander Lippisch (yang juga merancang Messerschmitt Me 163 Komet) berhasil terbang sejauh 250 hingga 300 meter setelah diluncurkan menggunakan derek. Meskipun beberapa pihak mempertanyakan apakah pesawat tersebut mampu terbang sendiri setelah diluncurkan, Lippisch menegaskan bahwa pesawat itu memang terbang, bukan hanya melakukan luncuran panjang. Sebagian besar ornithopter bertenaga manusia kemudian menggunakan peluncuran derek, namun penerbangan mereka cenderung singkat karena kekuatan otot manusia yang terbatas.

Pada tahun 1942, Adalbert Schmid berhasil melaksanakan penerbangan lebih lama dengan ornithopter bertenaga manusia di Munich-Laim. Ia berhasil menempuh jarak 900 meter dengan mempertahankan ketinggian sekitar 20 meter sepanjang sebagian besar penerbangan. Pesawat yang sama kemudian dilengkapi dengan mesin sepeda motor Sachs tiga tenaga kuda, memungkinkannya terbang selama 15 menit. Schmid kemudian merancang ornithopter berkekuatan 10 tenaga kuda berdasarkan pesawat layar Grunau-Baby IIa pada tahun 1947, yang memiliki panel sayap luar yang dapat mengepak.

René Riout, seorang insinyur Prancis, mengabdikan waktu selama tiga dekade untuk mengembangkan ornithopter sayap mengepak. Pada tahun 1905, ia berhasil membuat model ornithopter pertamanya. Pada tahun 1909, ia memenangkan medali emas dalam kompetisi Lépine untuk model tereduksi. Namun, pengujian ornithopter Riout dihentikan pada tahun 1916 meskipun ia berhasil menyelesaikan ornithopter Riout 102T Alérion pada tahun 1937, yang merupakan ornithopter sayap mengepak yang paling sukses hingga dekade kedua abad ke-21.

Pada tahun 2005, Yves Rousseau dianugerahi Diploma Paul Tissandier oleh FAI atas kontribusinya dalam bidang penerbangan. Rousseau melakukan penerbangan bertenaga manusia pertamanya dengan mengepakkan sayap pada tahun 1995. Pada tanggal 20 April 2006, ia berhasil terbang sejauh 64 meter dalam upaya ke-212, tetapi pada upaya ke-213, sayap pesawat patah akibat hembusan angin, menyebabkan Rousseau mengalami luka parah dan lumpuh.

Sebuah tim di Institut Studi Dirgantara Universitas Toronto, yang dipimpin oleh Profesor James DeLaurier, telah bekerja selama beberapa tahun pada ornithopter yang dikemudikan dan bertenaga mesin. Pada bulan Juli 2006, mesin ornithopter No.1 UTIAS buatan Profesor DeLaurier berhasil terbang selama 14 detik setelah lepas landas dari Lapangan Udara Bombardier di Downsview Park, Toronto. Menurut DeLaurier, meskipun jet diperlukan untuk penerbangan berkelanjutan, sebagian besar dorongan berasal dari kepakan sayap.

Pada tanggal 2 Agustus 2010, Todd Reichert dari institusi yang sama berhasil mengemudikan ornithopter bertenaga manusia bernama Snowbird. Pesawat ini terbuat dari serat karbon, balsa, dan busa, dengan lebar sayap mencapai 32 meter. Reichert berhasil terbang selama hampir 20 detik, menempuh jarak 145 meter dengan kecepatan rata-rata 25,6 km/jam. Penerbangan serupa dari derek juga telah dilakukan sebelumnya, namun pengumpulan data yang lebih akurat memverifikasi bahwa ornithopter tersebut mampu terbang dengan tenaga sendiri setelah diluncurkan dari ketinggian.

 

Aplikasi untuk ornithopter yang tidak berawak

Penerapan praktis ornithopter mengambil manfaat dari kemiripannya dengan gerakan burung atau serangga. Sebagai contoh, Taman dan Margasatwa Colorado menggunakan mesin ini untuk membantu menyelamatkan burung belibis bijak Gunnison yang terancam punah. Dengan mengendalikan ornithopter yang menyerupai elang, para operator dapat mengarahkan burung belibis untuk tetap berada di tanah sehingga mereka bisa ditangkap dan dipelajari.

Kemampuan ornithopter untuk dibuat menyerupai burung atau serangga memungkinkannya digunakan untuk keperluan militer, seperti misi pengintaian udara tanpa terdeteksi oleh musuh. Beberapa ornithopter telah dilengkapi dengan kamera video dan dapat melayang serta melakukan manuver di ruang yang sempit. Pada tahun 2011, AeroVironment menampilkan ornithopter yang dikemudikan dari jarak jauh, menyerupai burung kolibri besar, yang dimungkinkan untuk misi mata-mata.

Di bawah kepemimpinan Paul B. MacCready (yang terkenal dengan Gossamer Albatross), AeroVironment mengembangkan model ornithopter raksasa yang dikendalikan radio, Quetzalcoatlus northropi, untuk Smithsonian Institution pada pertengahan tahun 1980-an. Model ini memiliki lebar sayap 5,5 meter dan dilengkapi dengan sistem kontrol autopilot terkomputerisasi yang kompleks, mirip dengan cara pterosaurus berukuran penuh menggunakan sistem neuromuskular untuk menyesuaikan diri dalam penerbangan.

Para peneliti berharap dapat menghilangkan penggunaan motor dan roda gigi dari desain ornithopter dengan lebih meniru otot terbang hewan. Sebagai contoh, Robert C. Michelson dari Georgia Tech Research Institute sedang mengembangkan otot kimia bolak-balik untuk digunakan dalam ornithopter skala mikro, yang ia sebut "entomopter". SRI International juga sedang mengembangkan otot buatan polimer untuk digunakan dalam ornithopter.

Selain itu, terobosan dalam pengembangan ornithopter juga terjadi melalui pendekatan berbasis algoritma evolusi. Pada tahun 2002, Krister Wolff dan Peter Nordin dari Universitas Teknologi Chalmers di Swedia berhasil menciptakan ornithopter dengan menggunakan desain kayu balsa yang ditenagai oleh teknologi perangkat lunak pembelajaran mesin yang dikenal sebagai algoritma evolusi linier kondisi mapan. Dengan terinspirasi oleh evolusi alam, perangkat lunak tersebut secara mandiri "mengembangkan" diri untuk menghasilkan gaya angkat maksimum dan gerakan horizontal yang optimal.

Perkembangan ornithopter juga memperlihatkan diversifikasi penggunaannya. Contohnya, pada tahun 2008, Bandara Schiphol Amsterdam mulai menggunakan elang mekanis yang realistis yang dirancang oleh ahli elang Robert Musters. Robot burung ini dikendalikan dari jarak jauh untuk menakut-nakuti burung liar yang dapat membahayakan pesawat. Sementara itu, RoBird (sebelumnya Clear Flight Solutions), sebuah spin-off dari University of Twente, mulai memproduksi burung pemangsa buatan untuk digunakan di bandara serta di industri pertanian dan pengelolaan limbah.

Pendekatan yang menarik lainnya adalah upaya Adrian Thomas dan Alex Caccia dalam mendirikan Animal Dynamics Ltd pada tahun 2015, dengan tujuan mengembangkan analog mekanis capung untuk digunakan sebagai drone yang dapat melampaui kinerja quadcopter. Proyek ini mendapat pendanaan dari Laboratorium Sains dan Teknologi Pertahanan Inggris serta Angkatan Udara Amerika Serikat.

Disadur dari:https://en.wikipedia.org/wiki/Ornithopter