Многое известно о поведении комаров, но у ученых давно возникли вопросы об аэродинамике того, как им удается летать. В прошлом технология не позволяла фиксировать движения крыльев на высоких скоростях, но недавние научные разработки позволили отслеживать и понимать движения крыльев мух.
В сотрудничестве с Королевским ветеринарным колледжем и Университетом Чиба ученые из отделения зоологии Оксфорда проанализировали каждое движение насекомых, чтобы понять, как летают комары. Хорошо известные переносчики болезней, необычно длинные и узкие крылья комаров и отличительное поведение в полете отличают их от других насекомых. Более того, при взмахе эти крылья двигаются вперед и назад примерно 800 раз в секунду — намного быстрее, чем у любого другого насекомого сопоставимого размера.
Чтобы компенсировать эти быстрые движения, их амплитуда хода (угол, под которым движется крыло) составляет менее половины от измеренной на сегодняшний день у любого другого насекомого.Используя комбинацию высокоскоростных камер, установленных в миниатюрной киностудии, разработанной специально для проекта, и компьютерного моделирования, команда записала тонкие трехмерные движения крыльев комаров и нанесла на карту их сложную аэродинамику. Полет насекомых-насекомых был зафиксирован с помощью восьми камер, каждая со скоростью 10 000 кадров в секунду.
Используемое оборудование позволило исследователям наблюдать тончайшие движения насекомого, и эти движения были воспроизведены с помощью компьютерного моделирования, чтобы показать воздушный поток, создаваемый их бьющимися крыльями, показывая, что комары увеличивают свою силу полета с помощью двух новых аэродинамических механизмов, которые используют быстрые и изысканные контролируемые повороты крыла.Помимо создания подъемной силы за счет вихрей на передней кромке, которые являются вращательными, пузыри низкого давления, создаваемые вдоль кромки крыла, комары используют два новых аэродинамических механизма, заставляющих их летать; вихри задней кромки и вращательное сопротивление. Вихрь задней кромки — это новая форма «захвата следа», когда комары выравнивают свои крылья с потоками жидкости, которые они создали во время предыдущего взмаха крыльев, рециркулируя энергию, которая в противном случае была бы потеряна в окружающей среде.«Обычная модель коротких и быстрых взмахов означает, что комары не могут полагаться на обычные аэродинамические механизмы, которые используют большинство насекомых и вертолетов», — говорит доктор Ричард Бомфри из Королевского ветеринарного колледжа, возглавлявший исследование, опубликованное на этой неделе в журнале Nature. «Вместо этого мы предсказали, что они должны использовать хитрые уловки, когда крылья меняют свое направление в конце каждого полухода».
О проблемах, с которыми пришлось столкнуться в ходе проекта, доктор Саймон Уокер из Оксфордской группы по полетам животных в отделе зоологии Оксфорда и соавтор исследования сказал: «Регистрация комаров во время свободного полета представляла собой огромную техническую проблему из-за их небольшого размера, чрезмерная частота взмахов крыльев и наличие больших антенн и ног, которые могут скрывать вид их крыльев ».Эти новые аэродинамические механизмы помогают объяснить необычную форму крыльев комаров. «У большинства насекомых аэродинамические силы увеличиваются по мере того, как вы продвигаетесь по длине крыла, потому что кончик крыла движется быстрее, чем корень крыла», — говорит доктор Тошиюки Наката из Чибы, который провел компьютерное моделирование. Однако, используя аэродинамику, основанную на быстром наклоне крыла, сила может создаваться по всей длине. Таким образом, наличие длинного тонкого крыла может увеличить подъемную силу и одновременно снизить стоимость полета ».
Понимание механизмов, которые позволяют москитам и другим летающим насекомым уникальным образом летать, могло бы поддержать развитие аэродинамических инноваций, таких как крошечные летающие технологии, такие как пьезоэлектрические приводы.Говоря о том, как полученные результаты могут быть использованы в будущих исследованиях, доктор Уокер сказал: «Понимание генетической структуры и физиологии комаров говорит нам, как они могут летать, но это также первый шаг к пониманию того, почему. У летающих насекомых еще есть чему поучиться, чем больше мы о них знаем, тем больше у нас шансов понять их поведение в полете, то, как они переносят болезни, и, в конечном итоге, как помешать им это сделать ».
