03.04.2017
Редакция Naked Science

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, 12:28
Ольга Иванова

Международная группа ученых пришла к выводу, что употребление жирных кислот, содержащихся в орехах, семенах, сое и растительном масле, снижает риск смерти от всех причин, в том числе от сердечно-сосудистых заболеваний.

Вчера, 20:11
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

12 часов назад
Александр Березин

Когда полвека назад гибель динозавров объяснили падением астероида, это вызвало массовое неприятие, длившееся десятилетия. Открытие кометы, взрыв которой принес тысячелетнее похолодание в начале голоцена, привело к спорам в научной среде, которые идут до сих пор. Теперь множеству атак подверглось и открытие астероида, уничтожившего Содом. Отчего многим исследователям так трудно поверить в астероидные взрывы и о каких узких местах в современной науке это может говорить?

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

12 октября
Елена Синицкая

Управление древностей Израиля обнародовало итоги раскопок огромного винодельческого комплекса. На нем в византийское и раннеисламское время делали виноградное вино, которым снабжали многие страны Средиземноморья.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

22 сентября
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

24 сентября
Василий Парфенов

Недавно основанный стартап Success Rockets объявил о первых полноценных летных испытаниях своей суборбитальной ракеты Nebo 25. Запуск пройдет в ноябре, его цель — установить новый национальный рекорд по высоте полета среди частных компаний.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: