У насекомых есть чему поучиться не только биологам, но и аэродинамикам. Ученые создали точную трехмерную модель изменения формы крыльев мухи-журчалки в полете.
Биологи из группы изучения полета животных в Оксфорде под руководством молодого ученого Грэхема Тейлора (Graham Taylor) создали точную компьютерную модель полета пчеловидки обыкновенной, Eristalis tenax, – мухи из семейства журчалок. Это обширное семейство давно привлекает ученых своими летательными способностями. Их полет быстрый и очень маневренный, а гибкие и подвижные крылья совершают сложные колебания частотой в 300 раз в секунду.
Поймать пчеловидку
«Записать изменение формы крыльев насекомого во время его свободного полета – довольно экстремальная задача, -- делится своими впечатлениями один из соавторов работы Эдриан Томас (Adrian Thomas). -- Мы должны были заставить журчалку лететь в области пространства, достаточно протяженной для нас. Ведь именно это позволило бы нам составить точную и детальную компьютерную модель».
В дикой природе пчеловидки собираются на светлых полянах и опушках леса, где могут легко отыскать для себя ярко окрашенного брачного партнера. Именно тягу насекомых к свету и использовали ученые. Они поместили муху в специальную емкость, через стенку которой в определенном месте пропустили свет. Журчалка летела к световому источнику, и в удобный момент лазерный датчик запускал четыре высокоскоростные цифровые видеокамеры, которые фиксировали изображение с частотой в 4 тыс. кадров в секунду.
Маленькие, но сложные
Как рассказал коллега Тейлора и Томаса Симон Уокер (Simon Walker), «крыло очень сильно деформируется, профиль крыла непрерывно меняет форму, причем вдоль всей своей длины». Ученые установили, что схема «скручивания» крыла во время полета постоянна вне зависимости от угла наклона мухи и направления воздушного потока.
В начале каждого цикла взмаха тело мухи немного проседает – резко меняется положение крыла относительно воздушного потока. Несмотря на то что в этот момент муха теряет высоту, для повторного набора которой потребуется энергия, эволюция не предложила журчалкам механизма компенсации этого эффекта.
Больше всего внимание биологов привлекла небольшая автономная деталь крыла – придаточная лопасть у его основания. Это крылышко имеет всего два положения – либо в одной плоскости с основной поверхностью крыла, либо перпендикулярно ей. Ученые считают, что именно благодаря этой мелкой детали муха может держать под контролем воздушные потоки и маневрировать.
Муха как образец
Изучение полета животных -- не только интересная, но и практически значимая задача. Ученые во всем мире строят прототипы летательных аппаратов с крыльями, скопированными у птиц или даже у вымерших животных. Изучение кинематики крыльев насекомых в полете продвигает летную инженерию и аэрокосмические технологии. Особенно полезны такие исследования разработчикам «умных» крыльев, которые деформируются в ответ на изменение внешних воздействий. Возможно, вскоре насекомые научат мини- и микророботов летать, как уже научили их плавать.
Об исследовании, выполненном группой биологов, сообщается на сайте Оксфордского университета. Подробнее с результатами работы можно ознакомиться в статье, опубликованной в онлайн-версии журнала королевского общества Interface.
