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 Американские биотехнологи впервые сообщили об обращении вспять клеточного старения в живых клетках печени человека — не мышиных, не синтетических, а именно человеческих. На волне этого результата компания привлекла 435 миллионов долларов и готовится к клиническим испытаниям.
Роль личности в истории чаще всего иллюстрируют правителями или полководцами. Но, глядя на современную карту мира, нельзя не признать: она выглядела бы принципиально иначе, если бы не одна крестьянская девушка, которую сожгли в этот день ровно 595 лет назад.
Может ли человек или другое животное воспользоваться преимуществами сна, не смыкая глаз? Этим вопросом задалась команда американских нейробиологов. Они провели эксперимент на грызунах и выяснили, что «включения и выключения» нейронной активности в коре бодрствующих мышей позволяют вызвать некоторые эффекты, аналогичные тем, которые появляются во время фазы медленного сна. Более того, такой подход помог добиться улучшения памяти. Теперь ученые хотят повторить эксперимент на людях.
В 2017 году человечество впервые заметило объект, прилетевший из другой звездной системы. Он оказался странным, почти не похожим ни на астероид, ни на комету, и получил имя Оумуамуа. Затем появился «нормальный» межзвездный странник — комета Борисова. А в 2025-м астрономы обнаружили 3I/ATLAS — объект, который, вероятно, хранит вещество времен рождения чужих миров. Но что изменили в астрономии эти три гостя из межзвездной тьмы?
Астрономы провели длительную радиодиагностику межзвездного объекта 3I/ATLAS и не нашли признаков искусственных технологий. Наблюдение окончательно подтвердило естественную природу ледяного тела, хотя ученые изначально не ожидали сенсации.
Тысячу лет назад колоссальный степной пояс от Амура до Дуная назывался Великой степью. На Руси его знали как Дикую степь. В этом краю жили кочевники, и среди них — хищная птица сокол-балобан. Сейчас цельной трансконтинентальной популяции балобана больше нет. Небольшой европейский островок уцелел в Венгрии, Австрии и в Крыму. Есть популяция в Казахстане, Монголии и Китае. В России сокол-балобан, помимо Крыма, живет в горах Южной Сибири. И выживание этой популяции, как и всего вида, под угрозой. Как живет эта птица и как ей помогают в нашей стране? Зачем в Хакасии посреди «нигде» построили огромный облёточник? Буквально сегодня в него уже доставили первую партию птиц.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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