Хотя многие животные могут двигаться с большей точностью и аккуратностью, чем наши самые современные самолеты и технологии, гироскопы редко встречаются в природе. Ученым известна только одна группа насекомых, группа, в которую входят мухи, у которых есть что-то, что ведет себя как гироскоп — сенсоры, называемые жужжальцами, булавоподобные структуры, которые развились из крыльев.
Жужжальца предоставляют информацию о вращении тела во время полета, что помогает мухам выполнять воздушную акробатику и сохранять устойчивость и направление. Но как другие насекомые без этих датчиков регулируют динамику полета, задаются вопросом биологи?
Исследования Вашингтонского университета показывают, что крылья насекомых также могут выполнять гироскопическую функцию — открытие, которое проливает новый взгляд на естественный полет и может помочь в разработке новых сенсорных систем в технике.
Исследование было опубликовано в январе в Journal of the Royal Society Interface при поддержке Управления научных исследований ВВС США. Это была ключевая часть успешного предложения по созданию Центра передового опыта ВВС по вдохновленным природой летным технологиям и идеям, новому центру UW, сфокусированному на понимании того, как природные элементы могут влиять на разработку небольших летательных аппаратов с дистанционным управлением.
«Я был удивлен результатами», — сказал Брэд Дикерсон, аспирант биологии и соавтор исследования. "Идея о том, что крылья являются гироскопами, существует уже давно, но эта статья — первая, в которой действительно рассматривается вопрос о том, как это было бы возможно."
Дикерсон и другая аспирантка UW, Анника Эберле, провели исследование, чтобы определить, могут ли насекомые использовать изгиб своих крыльев, чтобы чувствовать вращение своего тела во время полета. Это могло бы помочь объяснить, как эти мастера-летчики могут двигаться с точностью и скоростью.
Пара впервые разработала вычислительную модель колеблющейся, изгибающейся, вращающейся пластины. Чтобы проверить свои результаты, они построили роботизированную модель, используя пластиковую пленку, установленную на двигателе, чтобы имитировать машущее крыло, а затем установили эту конструкцию на второй двигатель, чтобы вращать его.
Они обнаружили, что модельное крыло скручивается при взмахах и вращении вокруг своего основания, вызывая изменения в структуре деформации на поверхности крыла. Исследователи полагают, что напряжение может стимулировать датчики, встроенные в крыло, предполагая, что крылья летающих насекомых могут, подобно жужжальцам, предоставлять им гироскопическую информацию.
Эберле, аспирант кафедры машиностроения и автор статьи, сказал, что результаты показывают, что дополнительная информация о динамике полета может быть получена путем встраивания датчиков на поверхность изготовленных крыльев. В свою очередь, эти знания могут в конечном итоге помочь инженерам разработать более эффективные крылья для таких конструкций, как воздушные микроавтомобили, вертолеты и турбины.
Но сначала, сказал Эберле, необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, какая связь существует между гибкостью крыльев животных и способностью к восприятию.
«Мы еще не понимаем, что это за принципы», — сказала она. "Это 10-летние видения."
Пара исследователей сказала, что они в восторге от возможностей, которые предлагает новый центр ВВС для раскрытия биологических принципов и разработки новых биологических конструкций.