Комар, летящий в темноте, чувствует изменения в воздушных потоках, создаваемых взмахами его крыльев. Тот же принцип применила исследовательская группа, занимавшаяся созданием сенсорной системой предотвращения столкновений для квадрокоптеров.
В качестве «подопытного» исследователи из Университета Лидса и Королевского ветеринарного колледжа использовали самца комара Culex quinquefasciatus. Ночью насекомые перемещаются, не врезаясь в поверхности. А когда они садятся на людей или других животных для кормления, то делают это очень осторожно, чтобы оставаться незамеченными. В противном случае комара ждет обнаружение и возможная смерть. Секрет комаров, которые тоже не могут видеть ночью то, что происходит вокруг них, в сенсорном режиме — механосенсинге.
Комары и другие летающие животные летают, ускоряя воздух вокруг них, создавая быстрые струи после каждого взмаха крыла. Эти струи меняют форму при наличии препятствий, таких как земля или стены. Благодаря особенно чувствительному набору рецепторов у основания антенн на головах комаров, называемом органом Джонстона, комар способен обнаруживать эти изменения в схемах воздушного потока.
Исследователи назвали это «аэродинамическим изображением»: оно дает москиту картину окружающего мира даже в темноте и в тех случаях, когда они не могут почувствовать поверхность при физическом контакте.
Команда использовала компьютерное гидродинамическое моделирование, основанное на высокоскоростной регистрации полета комаров, чтобы исследовать влияние земли и стен на потоки воздуха вокруг тела. Они обнаружили тенденцию: органы Джонстона на антеннах очень легко обнаруживают изменения воздушного потока на малых высотах, при этом отклик уменьшается на больших высотах, пока не будет достигнут порог обнаружения.
Они были удивлены, увидев, что одно из мест с наибольшим различием в характере воздушного потока находится над головой, а это означает, что антенны насекомых были оптимально расположены, чтобы чувствовать эти изменения, несмотря на то, что они находятся дальше всего от земли.
Используя новые данные, исследователи предсказали максимальное расстояние, на котором комар Culex может обнаруживать поверхности: более 20 длин крыльев, что намного больше, чем ожидаемое расстояние для обнаружения на основе существующих аэродинамических моделей.
Доктор Саймон Уокер из Школы биомедицинских наук в Лидсе сказал: «Комары представляют собой насекомых с вытянутыми крыльями и чрезвычайно высокой частотой взмахов насекомых. Мы уже знаем, что они используют нетрадиционную аэродинамику во время полета, и это исследование дает еще одну загадку их эволюции, а также технологию, которую могут использовать инженеры».
Исследователи перенесли «природные таланты» комара на миниатюрный квадрокоптер и оснастили его устройством, состоящим из набора зондов, соединенных с датчиками перепада давления. Модули датчиков работают оптимально, как и на комарах, при размещении в местах, испытывающих наибольшие изменения воздушного потока при приближении к поверхности.
Эта простая модель способна обнаруживать поверхности и успешно реагировать при расстояниях, достаточных для избежания препятствий при приближении к земле и стенам.
Читайте также: