Ученые из Корнеллского университета США выяснили, как дрозофилам удается выполнять быстрые и резкие развороты в воздухе.
Модель разворота мухи, выполненная на основе реальных изображений насекомого (иллюстрация из журнала Physical Review Letters).
На одну секунду полета плодовой мушки приходится несколько сотен взмахов крыльев, которые перемещаются примерно так же, как весла гребца. В процессе движения крылья поворачиваются относительно продольной оси, занимая различные положения при смещении вперед и назад.
Для того чтобы рассмотреть фазы полета насекомого, авторы поместили некоторое число мушек в коробку, подсвеченную с трех сторон. В момент попадания дрозофилы в центр коробки включались три камеры, снимавшие силуэты насекомого на стенках со скоростью в 8 тысяч кадров в секунду. Разработанная учеными компьютерная программа реконструировала полет, преобразуя массив полученных «двумерных» данных.
Одновременно с включением камер на стенку коробки проецировалась вращающаяся фигура, при виде которой мухи делали резкий разворот. «Дрозофилы замечают ее и чувствуют что-то вроде головокружения, — комментирует один из авторов Аттила Бергу (Attila Bergou). — А это, как показывает практика, вполне надежный способ заставить их развернуться». Поворот на 120˚ насекомое выполняет всего за 80 мс — 18 взмахов крыльев.
Анализ данных показал, что в полете движения крыльев ничем не отличаются друг от друга, но в процессе поворота одно из них при смещении вперед наклоняется под углом 49˚ к горизонтали, а при смещении назад — лишь под углом в 40˚, тогда как другое крыло всегда находится в одном положении. Больший угол наклона крыла создает большее сопротивление движению, и тело насекомого разворачивается.
При этом мухе необходимо контролировать всего один параметр. Соединения крыльев работают аналогично пружинам кручения, и крыло, поворачиваясь относительно продольной оси, отклоняется от (приблизительно вертикального) положения равновесия. Выполняя разворот, дрозофила смещает положения равновесия крыльев друг относительно друга на 10–15 градусов, за счет чего их движения и становятся асимметричными.
Вскоре авторы планируют провести аналогичные эксперименты с другими насекомыми — пчелами, стрекозами. «Мы хотим научиться конструировать миниатюрных и маневренных роботов, которые своей манерой передвижения будут напоминать насекомых, — говорит другой участник исследования Итай Коэн (Itai Cohen). — Сейчас мы находимся в самом начале пути».
Источник: science.compulenta
|
