Технології
Технології

Комахи використали природні коливання крил для стабілізації свого польоту

Вчені дослідили вібраційну стабілізацію — пасивний механізм стабілізації, який комахи створюють через свої природні коливання крил. Проаналізувати цю техніку їм допоміг спеціальний тип математичного аналізу. Результати дослідження будуть корисними для біологів, а також доможуть створити більш оптимальні конструкції для біоінспірованих роботів, здатних до польоту. Робота описана у двох статтях (1, 2) в журналі Science Robotics.

Taha et al., Sci Robot. 5, eabb1502 (2020)

Taha et al., Sci Robot. 5, eabb1502 (2020)

Як можна застосовувати знання про політ комах?

Наразі у галузі повітряних роботів переважають конструкції на основі повітряних гвинтів. Однак останні розробки біоінспірованих пристроїв припускають, що рух за рахунок помахів крила є перспективною альтернативою. Це особливо актуально у малих масштабах. Зокрема, безпілотники, що махають крилами, матимуть кращі характеристики: високу маневреність та ефективність при зависанні чи боковому польоті. До того ж, мала вага і відсутність лопатей, які швидко рухаються

леза, зроблять їх більш безпечними. Втім, наразі продуктивність роботів, що рухаються за рахунок помахів крила, залишається нижчою, ніж у безпілотників з традиційною конструкцією, через технологічні обмеження. Ці обмеження виникають, зокрема, і через не повне розуміння фізики таких систем.

Про що дізналися вчені?

Вчені зосередилися на механізмі, який комахи та колібрі використовують, щоб їхній політ був стабільним. Попередні дослідження не змогли показати, як саме комахи здатні підтримувати стабільність, виходячи лише з того, як вони махають крилами. Це змусило авторів нової роботи вважати, що тут має бути задіяний якийсь інший фактор. Вони використали хронологічне обчислення — особливий тип математичного аналізу для потоку неавтономних динамічних систем. Це дозволило математично описати політ комах і колібрі. Виявилося, що при додаванні до рівнянь природних коливань крил стабілізація покращується. Також дослідники зазначили, що ці вібрації набували більш важливої ​​ролі, коли комаха або робот стикалися з перешкодою. Дослідники також виявили, що чим більші організми, тим сильніший цей ефект.

Висновки вчених можуть бути корисними для інженерів, що розробляють роботів, які літають через махання.