Пособие для конструкторов "напишет" саранча
Биологи давно поняли, что характеристики полета насекомых связаны с формой их крыльев, которые имеют многочисленные выпуклости и впадины и испещрены морщинками и ребрышками. До недавнего времени ученые не могли в деталях изучить строение столь сложно устроенных систем и выяснить, как они проявляют себя в полете.
Авторы нового исследования, проведенного специалистами университета Нового Южного Уэльса (Великобритания), использовали компьютерные модели и эксперименты с живыми насекомыми в аэродинамической трубе. При помощи компьютера ученым удалось во всех деталях воссоздать все неровности поверхности крыльев саранчи, а опыты в аэродинамической трубе позволили им детализировать кинематику движений крыла этого насекомого.
На следующей стадии исследования ученые убрали с крыльев виртуальной саранчи морщинки, но сохранили изгиб крыла. Затем авторы удалили и изгиб.
Результаты моделирования доказали, что именно необычная форма крыла влияет на эффективность полета. "Усеченным" моделям требовалось больше времени на преодоления того же расстояния, или же им приходилось потреблять больше энергии.
Результаты своего исследования авторы опубликовали в журнале Science. Ученые полагают, что их работа может пригодиться инженерам, создающим небольшие летательные аппараты, использующие принципы полета насекомых. Такие мини-самолеты будут востребованы экологами и другими специалистами, которые смогут с их помощью проводить мониторинг окружающей среды.
Кроме использования новых знаний о саранче в авиации, возможно, это насекомое станет ключом к безаварийному будущему уже не в воздухе, а на земле. Исследователи заметили, что эти насекомые передвигаются стаями в миллионы особей, отделенных друг от друга расстоянием в доли сантиметра, но при этом они никогда не сталкиваются. Вот если бы машины на автостраде вели себя также!
Выяснилось, что нервная система саранчи состоит из узкоспециализированных скоплений нервных клеток в различных частях ее организма. Это позволяет насекомому обнаружить опасность и отреагировать на нее в долю секунды.
Основная причина эффективности этой системы, считают исследователи, в том, что у саранчи "нет мозгов". Нет, мозг у нее, конечно, есть, но совсем крошечный (рудиментарный). Поэтому при передаче нервных сигналов почти не тратится время на их прохождение через "центральный вычислительный центр" типа человеческого мозга. Это и делает движение насекомого весьма эффективным при перемещении в хаотичных стаях.
Саранча, по сути, - машина без водителя. Инженеры считают, что в будущем они смогут воспроизвести такую "манеру поведения" в движущихся потоках автомобилей, используя обширный набор датчиков и автоматизированных рефлексов. Это поможет сделать их сверхчувствительными, работающими на уровне инстинктов и в высшей степени безопасными.
"Можно представить потоки машин, которые движутся по шоссе вплотную друг к другу. При этом вырастет пропускная способность дороги, рассосутся пробки. Мы выяснили, что когда саранча близка к столкновению, ее нервная система срабатывает почти мгновенно. Например, если ей грозит столкновение слева, крылья начинают работать так, что она смещается вправо" - заметил ведущий конструктор по безопасности компании Volvo Джонас Экмарк.
- Волнующий момент состоит в том, что мы можем воспользоваться плодами эволюции продолжительностью в 4, 5 миллиарда лет, чтобы создать в будущем системы против столкновений. И те же системы позволят автомобилям будущего ехать быстро и безопасно даже в считанных сантиметрах друг от друга".
"А когда автомобили расположены ближе друг к другу, снижается сопротивление воздуха, что приводит к снижению расхода топлива. В свою очередь, это благоприятно как для водителя, так и для окружающей среды", - добавил Джонас Экмарк.