В МФТИ рассчитали модель полета комара и комариную подъемную силу
Алгоритм ученых из МФТИ и их коллег из Российского государственного научного центра робототехники и технической кибернетики (Санкт-Петербург) и Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского поможет в цифровом виде воспроизвести механику движений насекомого в полете, а также воздушные потоки вокруг него. Дальнейшее моделирование позволит создать линейку биоморфных летающих роботов.
Понимание того, как животные перемещаются в пространстве, имеет значение для многих научных областей. В частности, наблюдение за насекомыми поможет инженерам в создании беспилотников нового типа. Например, исследовательских аппаратов, которые способны совершать полет в узких тоннелях, зависать в воздухе и садиться на вертикальные и отвесные поверхности.
Для проработки этих вопросов команда российских ученых предложила новую вычислительную модель полета комара. Работа опубликована в Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation — международном академическом журнале, посвященном методам математического моделирования и анализа.
Как объяснили ученые, интерес к изучению полета комара связан с тем, что эти насекомые обладают одной из самых необычных техник создания подъемной силы. Их полет — результат двух колебательных движений: кручения и взмахов. Комариное крыло совершает частые колебательные движения по небольшой (около 400) амплитуде. Причем в конце каждого хода вверх и вниз оно немного закручивается, что создает дополнительные вихри на краю аэродинамической поверхности и увеличивает вертикальную тягу.
В основу предложенной учеными вычислительной модели заложено всего шесть уравнений. Эта лаконичность позволяет значительно экономить вычислительные мощности. Вместе с тем при построении модели был реализован эксклюзивный алгоритм, который предполагает деформацию вычислительной сетки с учетом изгиба и взмахов крыльев с помощью метода динамического преобразования. Таким образом, исследователи получили возможность учитывать движение воздушных потоков, создаваемых вокруг тела комара при полете.
«В ходе нашей работы была построена точная математическая модель движения насекомого в воздухе. Она позволяет рассчитать, грубо говоря, не только как маленькое существо машет крыльями, но одновременно и то, что происходит с воздушным потоком вокруг него. В результате алгоритм дает возможность построить соответствующие поля давления и вычислить подъемную силу», — объяснил руководитель исследований Виктор Казанцев, заведующий лабораторией нейробиоморфных технологий МФТИ и заведующий кафедрой нейротехнологий ННГУ.
В частности, благодаря новой модели была рассчитана частота взмахов крыла, необходимая для зависания насекомого в воздухе. В соответствии с выводами ученых, эта величина равна 800-820 циклам в секунду. Полученные данные совпали с экспериментальными расчетами, проведенными ранее, что подтвердило предсказательную точность предложенных алгоритмов. Вместе с тем ученые определи, что увеличение подъемной силы, которую создают крылья насекомого, пропорциональна квадрату частоты колебаний, совершаемых ими.
«Крыло комара имеют относительно простую форму. Это дает возможность использовать полученные расчеты как основу для разработки более сложных моделей. Например, таких, которые описывают полет птиц, верхние конечности которых в процессе взмаха изменяют свою геометрию», — рассказал Виктор Казанцев.
Также, по словам ученых, предложенные модели могут стать базой для разработки беспилотников, основанных на принципах комариного полета. Технологии для воссоздания движения крыльев таких биоморфных аппаратов с высокой частотой колебаний уже существуют.
Опубликовано при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий» № 075-15-2024-571.
Telegram 
Дзен 
VK В Университете МИСИС усовершенствовали технологию нанесения защитных электропроводящих покрытий на медные изделия, широко используемые в качестве элементов скользящих электроконтактов, например, в токосъемниках. Метод увеличивает прочность соединения покрытий с подложкой на 17%.
Ученые нашли признак, который позволяет точно оценить пластичность органических кристаллов, востребованных в устройствах гибкой электроники и робототехнике. Ранее считалось, что хорошо гнутся материалы со слоистой структурой, где молекулы внутри слоя связаны крепко, а между слоями — слабо. Оказалось, что этих требований недостаточно и важно учитывать также энергию, которую нужно затратить на то, чтобы сдвинуть слои друг относительно друга — чем она ниже, тем материал более гибкий. Открытие упростит проектирование и создание органических кристаллов с заданными свойствами.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
В корпорациях, спорте и учебе люди часто сталкиваются с задачами, с которыми не справиться в одиночку. В таких случаях важную роль играет правильный подбор команды. Доцент факультета экономических наук НИУ ВШЭ Татьяна Майская вместе с коллегами из зарубежных университетов исследовала свойства команд и показала, что однородные команды лучше подходят для задач, где важен высокий средний результат, а разнообразные по составу — там, где критично избежать провала.
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета уточнили описание вторично морских тихоходок. Удалось доказать существование двух видов организмов в Белом, Баренцевом, Карском морях и море Лаптевых, а также поставить под сомнение, что еще три вида того же семейства представляют собой разные.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно