Траектории полета бабочек часто кажутся случайными или хаотичными, и по сравнению с другими парящими насекомыми их тела совершают на первый взгляд загадочные, неровные, рывковые движения.
Однако эти уникальные модели зависания потенциально могут предоставить критически важные идеи для разработки микролетающих аппаратов (MAV) с машущими крыльями. Чтобы помочь достичь этих приложений, исследователи из Университета Бэйхан изучали, как бабочки используют генерацию аэродинамической силы для достижения зависания. Они опубликовали свои выводы в Physics of Fluids .
«Парение служит важным механизмом выживания для критических видов поведения, включая посещение цветов и уклонение от хищников», — сказал соавтор исследования Яньлай Чжан. «Выяснение его аэродинамических механизмов дает фундаментальное понимание эволюционных адаптаций кинематики полета бабочек».
Ученые использовали высокоскоростные камеры, чтобы запечатлеть этот процесс у пойманных в дикой природе бабочек-капустниц. Чтобы избежать повреждения крыльев бабочек физическими маркерами и, таким образом, изменения их схем полета, исследователи обучили модель глубокого обучения для отслеживания особенностей тела бабочек и конкретных точек крыльев во время их полетных последовательностей.
Сравнивая множество факторов, включая размер и форму крыльев бабочек, а также механизмы взмахов вверх и вниз, исследователи обнаружили, что основным фактором, влияющим на зависание бабочек, является наклон их тела.
В отличие от других насекомых, бабочки постоянно меняют угол наклона своего тела во время зависания, изменяя ориентацию аэродинамических сил, чтобы гарантировать, что их взмахи крыльев обеспечивают достаточную вертикальную силу, противодействуя гравитации. Эта регулировка, наряду с регулировкой углов наклона крыльев, позволяет бабочкам генерировать достаточную силу для поддержания зависшего полета.
Способность бабочек поддерживать зависание с легкими взмахами крыльев на низких частотах может помочь в разработке малозаметных MAV с низкими требованиями к конструкции. Хотя MAV уже успешно скопировали возможности зависания других насекомых и птиц, бабочки предлагают уникальные возможности, начиная от безопасности и заканчивая сохранением.
«Эта возможность может кардинально изменить сферу их деятельности: от навигации в ограниченных зонах стихийных бедствий для поисково- спасательных операций до проведения точного опыления в тепличных условиях», — сказал Чжан.
«Мы особенно рады возможности использования таких бесшумных МВА, способных зависать, для неинвазивного наблюдения за дикой природой, где их биомиметический внешний вид и бесшумная работа сведут к минимуму нарушение естественного поведения».
