Насекомые, такие как саранча, нужно очень мало энергии, чтобы перелетать на большие расстояния. Шмели могут поднимать и нести груз с пыльцой равный своему весу. А мотылек может парить над определенным местом - без движения - во время сбора нектара. Ученые говорят, что понимание такой летной характеристики могли бы помочь им создавать очень маленькие летательные аппараты - намного меньше, чем это сегодня возможно.
"Природа решила проблему", говорит Ричард Бомфрей (Bomphrey) с кафедры зоологии в Университете Оксфорда. Таким образом, команда из Оксфордского университета и Германский аэрокосмический центр (DLR) в Геттингене объединили усилия, чтобы узнать больше о природе полетов и создание практической модели.
Большая саранча всего весит около двух граммов (0,07 унции), но она может легко перелетать на 100 километров (62 миль) в день. В отличие от птиц и самолетов, у сарончи две пары тончайших крыльев."Саранча совмещать подъем и движение в определенном положении крыльев", говорит Андреас Шредер из DLR Институт аэродинамики и технологии потоков.
Взлет происходит путем включения их крыльев с каждым их движением подобным движению пловца. Для эмуляции, что происходит в природе, исследователи размещены саранчи и мотыльков в аэродинамической трубе для измерения расхода воздуха за крылья.
Для имитации природного полета, ученые поместили саранчу и мотылька в аэродинамической трубе для измерения распределения воздуха на крылья. Работа с живыми существами это совершенно новый опыт для физики сказал Дэниел Жанз (Schanz), это он готовил эксперимент в Геттингене. "Обычно мы проводим эксперементы над металлическими конструкциями, которые не могут двигаться как живые организмы и не хотят улетать", сказал Дэниел Жанз (Schanz). Поэтому саранче в аэродинамической трубе, казалось, что они была на открытом воздухе.
Визуализация воздушных потоков
Вся последовательность полета была сфотографирована. Саранчу запускали при скорости воздущного потока 11 и 7 км/час (7 и 4 миль в час, соответственно). Пока длилися эксперемент, все это происходящее, ученым удалось сфотографировать воздушный поток позади крыльев с помощью очень водяной россы в воздухе, что помогло сделатьдвижение воздуха видимым. Восемь камер делали по 230 изображений каждые 23 секунд - под разными углами. Два мощных лазера были использованы в качестве вспышек.
В интервале всего в несколько микросекунд, ученым удалось сделать фотографии распределение частиц. "В короткий промежуток времени между этими двумя вспышками, поток в аэродинамической трубе практически не двигался", говорит Шредер. каждая камера делал две черно-белые фотографии, похожие на звездые созвездия. Фотографии выглядят пракически одинаково, но есть небольшая разница.
"Если вы просматриваете последовательно две фотографиями, вы видите, что звезды движутся с мельчайшими изменеиями," объясняет Дэниел Жанз (Schanz). Следующий этап это компьютерный анализ этих изменений, поставив два изображения друг на против друга, ученые обнаружили участки, где частицы водной россы явно изменилась. Используя эти данные, они вычислили векторов скорости - движение групп частиц, чтобы определить турбулентность.
Отслеживание воздушных потоков
Затем ученые создали трехмерную модель воздушных потоков полета Саранчи с использованием данных из всех восьми камер. Полученную томография турбулентности и воздушных потоков разукрасили в разные цвета по типпу - быстро движущегося воздуха сделали в красным цветом, более медленные потоки синим,а статический воздух безцветным. "Движение хребта позвоночника саранчи при движении её крыльев оказалось самым главным" говорит Жанз (Schanz). Именно это помогло ученым понять летные характеристики и эффективность движения.
Ученые говорят, что результаты иследования дают возможность создания роботов насекомых.
Роботы насекомые, как летательные аппараты могут быть использованы для контроля трубопроводов в обнаружении утечки. Они могли бы также оказывать помощь во время стихийных бедствий. В ситуациях как в 2011 году на Фукусимев Японии, роботы насекомые могли бы пролететь в реактор и давать данные о причиненном разрушении, это позволо бы избежать рабочим радиационного облучения.
Но ученые говорят, что такие устройства будут введены в массовую эксплуатацию примерно через лет 20, а на данном этапе идет разаработка этой технологии.
По материалам:
dw.de