Кинематика комариного полета оказалась уникальной — Naked Science
Редакция

Кинематика комариного полета оказалась уникальной

Британские ученые показали, что меньшая зависимость от вихря передней кромки, чрезвычайно высокая частота взмаха и короткий ход крыла отличают кинематику полета комаров от других летающих животных.

lbv8tzz3ahdirbvvt1du
©Wikipedia

Понимание того, как разные животные перемещаются в пространстве, важно для широкого круга научных дисциплин. Так, изучение насекомых может помочь ученым в создании миниатюрных роботов-разведчиков, способных на такие виды полета, как, например, зависание. Тем не менее, из-за их небольшого размера и методологических ограничений кинематика полета насекомых во многом остается неясной. Одним из наиболее примечательных, с точки зрения аэродинамики, считается полет комаров. Известно, что эти членистоногие обладают более высокой частотой и низкой амплитудой взмаха крыльев, чем любые другие животные. Однако все детали их кинематики до сих пор не описывались на языке математики и не подтверждались in vivo.

 

Чтобы устранить этот пробел, исследователи из Лондонского и Оксфордского университетов использовали комаров Culex quinquefasciatus. В эксперименте насекомых помещали в прозрачный ящик с аэрозолем из оливкового масла, в центр которого были направлены 180-миллиметровые макрообъективы восьми камер. Во время съемки со скоростью 10 000 кадров в секунду и временем экспозиции пять микросекунд камеры находились напротив инфракрасного коллиматора, который упорядочивал пучки световых лучей диаметром по 25 миллиметров. Это позволило наблюдать точные перемещения воздушных потоков вокруг крыльев и сопоставить данные с решениями полных уравнений Навье — Стокса, которые широко применяются в гидродинамике.

 

Экспериментальная установка / ©Richard J. Bomphrey et al., Nature, 2017

 

Всего авторы получили 425 отдельных взмахов и 15 их последовательностей, доступных для моделирования. Анализ показал, что в момент взлета C. quinquefasciatus меньше полагаются на вихрь передней и больше — на вихрь задней кромки крыла. Обычно подъемная сила летающих насекомых и животных (птиц, летучих мышей) обеспечивается тем, что при нисходящем движении крыла у его передней кромки образуется вихрь, который, перемещаясь к задней кромке, создает под крылом область низкого давления. Затем этот поток воздуха «отделяется» от задней кромки, не участвуя в дальнейшем наборе высоты, — аналогичную схему используют самолеты и вертолеты.

 

Однако у комаров, по словам авторов, угол вращения крыла составил всего 39 ± 4 градуса, что вдвое меньше минимального показателя, необходимого для поддержания их массы в воздухе таким способом. Вместо этого для подъема животные совершают основаниями крыльев «подметательные» движения: короткое вниз и резкое вверх. Благодаря небольшой амплитуде и высокой частоте (717 ± 59 герц) подобных взмахов вихрь, который перемещается к задней кромке крыла, не «отделяется», но частично возвращается к верхней поверхности крыла, создавая область низкого давления. В результате в каждый момент времени часть крыла C. quinquefasciatus участвует в наборе высоты.

 

Статья опубликована в журнале Nature.

 

Уникальными летными характеристиками среди животных обладают не только комары. Ранее стало известно, что летучие мыши могут развивать рекордную скорость горизонтального полета, а стрижи — непрерывно находиться в воздухе почти год.

 

Распределение потоков воздуха вокруг крыльев комара / ©NPG Press

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

Вчера, 20:52
Мария Азарова

Проект назвали в честь Галилео Галилея — итальянского ученого эпохи Возрождения, который задействовал разработанный им телескоп для наблюдения за астрономическими объектами, такими как луны Юпитера, кратеры спутника Земли и кольца Сатурна. Пока программа получила финансирование в 1,75 миллиона долларов, но возглавляющий ее профессор Ави Леб надеется на большее.

Вчера, 21:44
Василий Парфенов

Винтокрылый дрон Ingenuity продолжает демонстрировать свою исключительную пользу в качестве инструмента для изучения Марса. Он совершил уже десятый полет, преодолев в сумме 1838 метров, а также разогнался до рекордной скорости и поднялся на впечатляющую высоту.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

Вчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: