Стрекозы выполняют перевороты назад, чтобы вернуться в нормальное положение
Исследование расширяет знания о том, как насекомые летают и сохраняют устойчивость в воздухе. Результаты также могут вдохновить новые конструкции небольших летательных аппаратов, таких как дроны, полезные для поисково-спасательных операций и инспекции зданий.
Стрекозы могут парить, летать задом наперёд и развивать скорость до 54 км/ч, охотясь или спасаясь от хищников. Однако, как и любое летающее существо, они могут потерять равновесие и даже оказаться в положении вверх ногами.
Многие наземные (например, кошки) и летающие (например, журчалки) животные при падении вращаются вокруг оси, проходящей от головы к хвосту («крен»). Однако о том, как большинство насекомых возвращаются в нормальное положение из экстремальных ориентаций, известно мало.
В новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the Royal Society B, учёные из Имперского колледжа Лондона обнаружили, что в отличие от многих задокументированных животных, стрекозы чаще всего выполняют перевороты назад («тангаж»), чтобы вернуться в нормальное положение из позиции вверх ногами в воздухе.
Также было обнаружено, что стрекозы выполняют тот же манёвр выравнивания, будучи без сознания. Это говорит о том, что реакция имеет значительный компонент пассивной устойчивости — механизма полёта, подобного тому, который позволяет самолётам планировать при выключенных двигателях. Исследование показывает, как форма и жёсткость сочленений крыльев стрекоз обеспечивают пассивную устойчивость, что может повлиять на проектирование небольших дронов.
Старший автор работы доктор Хуай-Ти Лин: «Инженеры могут черпать вдохновение у летающих животных для улучшения авиационных систем. Дроны, как правило, сильно зависят от быстрой обратной связи, чтобы оставаться в вертикальном положении и на курсе, но наши выводы могут помочь инженерам включить механизмы пассивной устойчивости в конструкцию крыла».
Методология:
- Исследователи оснастили 20 стрекоз-стрелок (Sympetrum striolatum) крошечными магнитами и маркерами для захвата движения.
- Каждую стрекозу магнитно прикрепляли к платформе в нормальном или перевёрнутом положении (с вариациями наклона), а затем сбрасывали в свободное падение.
- Высокоскоростные камеры фиксировали движение маркеров для последующего 3D-реконструирования манёвров.
Результаты:
- Сознательные стрекозы при падении из перевёрнутого положения выполняли сальто назад, чтобы вернуться в нормальное положение.
- Стрекозы без сознания также завершали сальто, но медленнее.
- Мёртвые стрекозы не выполняли манёвр. Однако когда исследователи вручную придавали их крыльям определённые позы, характерные для живых или бессознательных особей, они могли завершить манёвр выравнивания (хотя и с большим вращением вокруг вертикальной оси). Это говорит о том, что манёвр зависит как от мышечного тонуса, так и от позы крыла, что является встроенной пассивной реакцией, а не активным управлением.
Ведущий автор доктор Сэм Фэбиан: «Самолёты часто проектируют так, чтобы при отказе двигателей они стабильно планировали, а не падали. Мы наблюдали аналогичную реакцию у стрекоз, несмотря на отсутствие активных взмахов. Это означает, что некоторые насекомые, несмотря на малый размер, могут использовать пассивную устойчивость без активного контроля. Пассивная устойчивость снижает энергозатраты на полёт, и эта черта, вероятно, повлияла на эволюцию формы стрекоз».
Дальнейшие исследования будут посвящены тому, как эти пассивные эффекты влияют на активное зрение стрекоз и стратегии наведения при перехвате добычи и избегании препятствий.