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 Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Исследование крупнейшего в Европе массового захоронения медного века Камино-дель-Молино указало на то, что дети и подростки, жившие в Испании почти пять тысяч лет назад, страдали и умирали от хронических респираторных инфекций, в числе которых, вероятно был туберкулез.
Впервые заглянув внутрь «кухни» стареющих клеток кожи, биологи обнаружили, что с возрастом стволовые клетки начинают иначе производить белки, включая молекулы, связанные со стрессом и воспалением. Поскольку старение зависит не только от генов, но и от того, как именно клетка использует генетические инструкции, открытие может помочь найти новый путь для замедления возрастных изменений тканей.
Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина предложили подход к отбору малодебетных нефтегазовых месторождений, которые составляют около 88% нераспределенного фонда нефтяных участков. Модель расчета поможет вовлечь в экономический оборот от 400 до 600 миллионов тонн ранее нерентабельных запасов.
В эпоху искусственного интеллекта и стремительного развития технологий знание языка становится инструментальной компетенцией, а умение работать с учетом культурного контекста — стратегической. В День филолога, кандидат педагогических наук Екатерина Щавелева, заведующая кафедрой иностранных языков и коммуникативных технологий НИТУ МИСИС рассказывает, как гуманитарное образование приобретает новую ответственность и какое будущее у межкультурной коммуникации.
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