Jak muszki owocowe wykonują skręty podczas lotu

Zdumiewające są niesamowite umiejętności latania owadów. Ale jest to także drapieżnik dla fizyków i inżynierów, którzy od dawna znają zależność aerodynamiki od skali, która sprawia, że ​​lot muszki owocowej jest czymś innym niż gołębia czy jumbo.

Chociaż od wieków znamy zasady unoszenia się samolotu w powietrzu, fizycy odkryli dopiero w ciągu ostatnich 10 lat, w jaki sposób skrzydła owadów tworzą siłę nośną poprzez generowanie i interakcję z wirami.

Po rozwiązaniu tej zagadki uwaga zwraca się na sposób, w jaki owady latające kontrolują swój ruch. Pytanie brzmi, w jaki sposób ci lotnicy manipulują skrzydłami, aby wykonywać skręty w locie, czasami niezwykle ostro i ze stosunkowo dużą prędkością?

Odpowiedź nadchodzi dzisiaj od Jane Wang i kolegów z Cornell University, którzy badali sposób obracania się muszek owocowych za pomocą trzech kamer ustawionych pod kątem prostym, rejestrujących obrazy z szybkością 8000 klatek na sekundę, czyli około 35 klatek na uderzenie skrzydła.

Muszki owocówki wytwarzają siłę nośną i napęd, wiosłując skrzydłami w przód i w tył w rodzaju ruchu wiosłującego. Materiał filmowy o dużej szybkości pokazuje, że w locie równomiernym kąt natarcia każdego skrzydła jest mniej więcej taki sam podczas ruchu do przodu i do tyłu, a ruch lewego skrzydła odzwierciedla ruch prawego skrzydła. Tak więc w locie stabilnym moment obrotowy generowany przez każde skrzydło znosi się.

Ale podczas skręcania Wang i wsp. mówią, że muszka owocówka zmienia kąt natarcia jednego skrzydła o około 9 stopni, generując dodatkowy opór, który powoduje, że muszka owocowa skręca.

Więc wyobraź sobie, że patrzysz w dół na muszkę owocową w locie. Zmiana kąta natarcia prawego skrzydła generuje opór, który powoduje, że mucha obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara.

Interesujące w analizie zespołu Wanga są wnioski dotyczące tego, w jaki sposób muszka owocowa kontroluje tę zmianę kąta skrzydeł. Wygląda na to, że duża część zdolności muchy do latania jest funkcją siły i elastyczności samych skrzydeł: są one zaprojektowane do wiosłowania. To natychmiast zmniejsza obciążenie dowodzenia i kontroli centralnego układu nerwowego muszki owocowej.

Jest to idea zwana dynamiką pasywną, w której projekt systemu obejmuje domyślną zdolność kontrolowania ruchu, podobnie jak zdolność lotki do orientacji w locie.

Wang i wsp. twierdzą, że skręcanie wygląda tak, jakby było wykonywane przez bardzo małą modyfikację sprężynowego zachowania zawiasu skrzydła. I że można to łatwo zrobić przy użyciu stosunkowo małego mięśnia.

Nasz model przewiduje, że mięśnie lotne much mogą oddziaływać na kilka uderzeń skrzydeł, aby nakierować nachylenie skrzydeł, a mimo to generować podrzędne zmiany uderzeń skrzydeł w ruchu skrzydeł, które aerodynamicznie indukują manewr, mówi zespół.

Może to brzmieć nieco ezoterycznie, ale powinno okazać się bardzo cenne dla rosnącej liczby inżynierów próbujących zbudować zrobotyzowane mikro-powietrzne pojazdy ze skrzydłami podobnymi do owadów.

Wang i wsp. konkludują: Prosty mechanizm używany przez muszki owocówki może być dość ogólny i podobnie powinien uprościć sterowanie trzepoczącymi maszynami latającymi.

Czy ktoś słyszał ten brzęczący dźwięk?

Nr ref.: arxiv.org/abs/0910.0671 : Muchy owocowe modulują pasywne kiwanie skrzydeł, aby generować skręty w locie

ukryć