24.09.2009

Раскрыт секрет эффективности полёта насекомых

Впервые исследователям удалось записать и декодировать полёт саранчи (Locust), что даёт ключ к аэродинамике насекомых в целом. О прорыве сообщили Джон Янг (John Young) из университета Нового Южного Уэльса (UNSW) и команда зоологов из Оксфорда (University of Oxford).

Учёные использовали высокоскоростные цифровые видеокамеры, чтобы заснять движение саранчи в аэродинамической трубе. Исследователи анализировали происходящую в полёте деформацию, создав на основе подробной кинематики крыла трёхмерную модель гидродинамического процесса.

Крылья насекомых, как известно, — сложные структуры, имеющие множество выпуклостей, впадин и покрытые сверх того различными прожилками и морщинками микроскопических размеров. Но до сих пор было не вполне ясно, какую роль играют все эти особенности.

Потому на втором этапе исследования учёные имели дело с саранчой уже виртуальной, последовательно удалив с её крыльев вначале мелкие детали рельефа, а затем сгладив и сам необычный изгиб крыльев. Опыт показал, что мелкие детали не вносят в картину обтекания заметных перемен, а вот сама форма крыла как раз делает полёт насекомого столь эффективным. Саранча, изменённая на компьютере, существуй она в реальности, была бы куда более энергоёмкой и медленной.

Результаты работы, опубликованные в журнале Science, означают, что инженеры впервые раскрыли аэродинамические секреты одного из наиболее эффективных летунов в природе. (Детали можно также найти в пресс-релизе университета.)

Эта информация необходима, например, для создания миниатюрных летающих роботов с маневренностью и энергоэффективностью насекомого. Подобные механизмы можно использовать для поиска и спасения людей, выполнения военных миссий и проверки опасной среды.

"Так называемый парадокс шмеля (Bumblebee paradox), утверждающий, что насекомые бросают вызов законам аэродинамики, отныне отменён. Современная аэродинамика может в точности смоделировать полёт насекомого, — говорит доктор Янг из Австралийской академии сил обороны (ADFA).

- Биологические системы оптимизировались путём давления эволюции в течение миллионов лет, они предлагают много примеров результативности, которые намного превосходят всё то, чего мы можем достичь искусственно. До недавнего времени у нас не было технической возможности измерить фактическую форму крыльев насекомого в полёте – отчасти из-за скорости движения, отчасти из-за объёмности самой задачи. Но теперь этот вопрос решён".

Саранча – насекомое, чрезвычайно интересное для инженеров из-за его способности к перелёту на огромные расстояния при весьма ограниченном запасе энергии.

Замедленное видео полёта. Видео полёта трёхмерной модели.

Источники:

1. MEMBRANA