Доктор Эми Лэнг, доцент аэрокосмической техники и механики, получила от NSF около 280 000 долларов за изучение крошечных чешуек на крыльях бабочек, которые помогают поднимать насекомое, несмотря на его низкую скорость во время полета. Лэнг, который также работает с чешуей акулы, использует биоинженерию, чтобы помочь улучшить движение потока над крыльями, например, в частности, путем изменения границы, на которой воздух взаимодействует с движущейся поверхностью, такой как крыло бабочки.«Чешуйки бабочки красиво расположены на крыле, и то, как они расположены, имеет аэродинамическое преимущество», — сказал Ланг.
Чешуя, покрывающая крылья бабочки и моли, представляет собой примерно 190 миллионов лет естественного отбора для повышения эффективности полета насекомых, при этом бабочка-монарх, по оценкам, появилась совсем недавно, 250 000 лет назад. Эволюционные изменения в структуре чешуек, по-видимому, привели к уникальной микросхеме, которая снижает сопротивление и, вероятно, увеличивает тягу и подъемную силу во время взмахов и планируемого полета.
Одна шкала на крыле бабочки — всего лишь десятая миллиметра. По словам Ланга, расположенные как черепица на крыше, чешуя слегка торчит вверх, удерживая под ней шарик воздуха и позволяя воздуху плавно течь по нему.Несмотря на миф, бабочки могут летать без чешуи, но первоначальные испытания показали, что насекомому требуется больше хлопков, чтобы оно оставалось в воздухе.
В рамках исследования бабочки-монархи с чешуей и бабочки со счищенной чешуей летали в автономном центре слежения в Университете Алабамы в Хантсвилле, которым руководил доктор Натан Слегерс, доцент механической и аэрокосмической техники.Лаборатория использовала высокоскоростную видеозапись полета монарха, чтобы показать, что та же бабочка без чешуи махала крыльями примерно на 10 процентов больше, чтобы сохранить тот же полет.
«Уменьшение энергии, расходуемой во время полета, будет важно для Монарха, у которого самая долгая миграция среди всех насекомых», — сказал Ланг.Получив грант, Лэнг продолжит работать с Slegers в UAH над изучением «Монархов в полете», а также с доктором Уиллом Шрайбером, адъюнкт-профессором машиностроения в UA, и доктором Джоном Йодером, адъюнкт-профессором биологических наук в UA, кто будет изучать биологию весов, чтобы помочь моделировать весы.Лэнг и ее ученица будут изучать подрезанные крылья и модели геометрических фигур, напоминающих бабочки, которые примерно в 10–100 раз превышают реальные масштабы.
Эксперименты в лаборатории покажут, как крылья бабочки улучшают воздушный поток.«Если мы поймем крыло бабочки, у нас могут быть другие приложения», — сказал Ланг.Смоделированные масштабы могут улучшить воздушный поток в микроавтобусах или MAV, миниатюрных, беспилотных, воздушных роботах, используемых в основном для военной разведки и наблюдения.
С био-вдохновленной геометрией на крыльях MAV могли нести большую полезную нагрузку или использовать меньше топлива. Ланг предположил, что в будущем солнечные элементы могут быть смоделированы по образцу чешуек бабочки на крыльях, которые могут обеспечивать энергию и улучшать полет.На данный момент, однако, Лэнг надеется фундаментально понять преимущества, которые бабочка получает от чешуи на своих крыльях.
«Инновации в области контроля пограничного слоя необходимы для обеспечения эффективных методологий уменьшения сопротивления и повышения эффективности», — сказала она.