Летучие мыши экономят энергию, подгибая крылья на взмахе вверх

Новое исследование Университета Брауна показывает, что летучие мыши используют гибкость своих мясистых и костлявых крыльев, подгибая их к телу на взмахе вверх, чтобы сэкономить инерционную энергию. Этот маневр позволяет им тратить только 65% той энергии, которая потребовалась бы, если бы крылья оставались полностью расправленными.

Ключевые выводы

• Экономия энергии: Подгибание крыльев на взмахе вверх снижает затраты инерционной энергии на 35% по сравнению с полностью расправленными крыльями.
• Компенсация массы: В отличие от насекомых, крылья летучих мышей тяжелые и мускулистые. Их гибкость (способность сгибаться в суставах, подобных суставам руки) позволяет компенсировать эту массу.
• Энергетический баланс: Хотя на само складывание и раскладывание крыла уходит значительная энергия (44% от общих инерционных затрат на взмах), эта стоимость перевешивается экономией на последующих фазах движения.
• Новый взгляд на проектирование: Исследование предполагает, что при создании малых летательных аппаратов с машущим полетом инженерам следует учитывать массу крыльев и возможность складывающейся конструкции для повышения энергоэффективности.

Методология

Ученые проанализировали высокоскоростную съемку (1000 кадров в секунду) полета 27 летучих мышей шести видов. На основе данных о движении маркеров на телах животных и точных измерений распределения массы в крыле (после его посмертного разделения на 32 фрагмента) была построена математическая модель. Она позволила рассчитать и сравнить фактические инерционные затраты с гипотетическими затратами при полете с постоянно расправленными крыльями.

Значение исследования

Ранее считалось, что основная причина подгибания крыльев — снижение аэродинамического сопротивления (drag). Хотя авторы не отрицают важности аэродинамики, они показывают, что инерционная экономия также существенна. Это указывает на то, что такой паттерн движения, вероятно, не случаен и имеет энергетическую выгоду, на которую могло повлиять естественный отбор.

Исследование финансировалось U.S. Air Force Office of Sponsored Research и опубликовано в журнале Proceedings of the Royal Society B.