Исследование, как бабочки используют создаваемую ими аэродинамическую силу для достижения парения в воздухе, выполнили ученые пекинского университета Бэйхан, 13 мая сообщают на сайте новостей науки EurekAlert.

Траектории полета бабочек часто кажутся хаотичными. По сравнению с другими насекомыми, их тела при парении совершают, казалось бы, загадочные, неровные, дергающиеся движения. Однако их уникальный способ зависания в воздухе потенциально может стать основой для разработки летательных микроаппаратов с машущими крыльями, считают китайские ученые.

Результаты проведенного ими исследования они представили в статье «Роль углов наклона тела и крыльев у парящих бабочек» (The roles of body and wing pitching angles in hovering butterflies), опубликованной в журнале Physics of Fluids издательства AIP.

«Парение в воздухе служит важным механизмом выживания в критических ситуациях, включая посещение цветов и уклонение от хищников, — указал один из авторов исследования Янлай Чжан. — Выяснение его аэродинамических механизмов дает фундаментальное представление об эволюционной адаптации кинематики полета бабочек».

Ученые использовали высокоскоростные камеры, чтобы запечатлеть процесс парения у пойманных в дикой природе бабочек-капустниц. Чтобы избежать повреждения крыльев бабочек физическими маркерами, что могло бы привести к изменениям их траектории полета, исследователи разработали модель глубокого обучения для отслеживания особенностей движения тела бабочек и конкретных позиций расположения крыльев во время их полета.

Выделив и изучив множество факторов, включая размер и форму крыльев бабочки, а также механизмы взмахов крыльев вверх и вниз, исследователи обнаружили, что основным фактором, влияющим на парение бабочек, является угол наклона их тела.

В отличие от других насекомых, бабочки при парении постоянно регулируют угол наклона своего тела, изменяя направление создаваемых ими аэродинамических сил так, чтобы взмахи крыльев обеспечивали достаточную вертикальную силу для противодействия силе тяжести. Эта регулировка, наряду с регулировкой угла наклона крыльев, позволяет бабочкам создавать достаточную силу для поддержания режима парения.

Способ бабочек поддерживать парение легкими, с низкой частотой взмахами крыльев может помочь при создании малозаметных летательных микроаппаратов простой конструкции. Хотя в существующих уже летательных микроаппаратах успешно используются для парения методы других насекомых и птиц, уникальный способ бабочек может найти применение в сферах обеспечения безопасности и сохранения окружающей среды.

Такой уникальный способ может революционизировать сферу деятельности летательных микроаппаратов — от мониторинга зон бедствия при поисково-спасательных операциях до проведения точечного опыления в теплицах, указал Чжан.

«Нас особенно привлекает внедрение таких бесшумных летательных аппаратов с возможностью зависания для наблюдения за дикой природой, где их биомиметический внешний вид и бесшумная работа сведут к минимуму нарушение естественной среды», — отметил Янлай Чжан.