Детально изучена механика полета мух

Ученые из Корнеллского университета США выяснили, как дрозофилам удается выполнять быстрые и резкие развороты в воздухе.

На одну секунду полета плодовой мушки приходится несколько сотен взмахов крыльев, которые перемещаются примерно так же, как весла гребца. В процессе движения крылья поворачиваются относительно продольной оси, занимая различные положения при смещении вперед и назад.

Модель разворота мухи, выполненная на основе реальных изображений насекомого (иллюстрация из журнала Physical Review Letters).

Для того чтобы рассмотреть фазы полета насекомого, авторы поместили некоторое число мушек в коробку, подсвеченную с трех сторон. В момент попадания дрозофилы в центр коробки включались три камеры, снимавшие силуэты насекомого на стенках со скоростью в 8 тысяч кадров в секунду. Разработанная учеными компьютерная программа реконструировала полет, преобразуя массив полученных «двумерных» данных.

Одновременно с включением камер на стенку коробки проецировалась вращающаяся фигура, при виде которой мухи делали резкий разворот. «Дрозофилы замечают ее и чувствуют что-то вроде головокружения, — комментирует один из авторов Аттила Бергу (Attila Bergou). — А это, как показывает практика, вполне надежный способ заставить их развернуться». Поворот на 120 насекомое выполняет всего за 80 мс — 18 взмахов крыльев.

Анализ данных показал, что в полете движения крыльев ничем не отличаются друг от друга, но в процессе поворота одно из них при смещении вперед наклоняется под углом 49 к горизонтали, а при смещении назад — лишь под углом в 40 , тогда как другое крыло всегда находится в одном положении. Больший угол наклона крыла создает большее сопротивление движению, и тело насекомого разворачивается.

При этом мухе необходимо контролировать всего один параметр. Соединения крыльев работают аналогично пружинам кручения, и крыло, поворачиваясь относительно продольной оси, отклоняется от (приблизительно вертикального) положения равновесия. Выполняя разворот, дрозофила смещает положения равновесия крыльев друг относительно друга на 10–15 градусов, за счет чего их движения и становятся асимметричными.

Вскоре авторы планируют провести аналогичные эксперименты с другими насекомыми — пчелами, стрекозами. «Мы хотим научиться конструировать миниатюрных и маневренных роботов, которые своей манерой передвижения будут напоминать насекомых, — говорит другой участник исследования Итай Коэн (Itai Cohen). — Сейчас мы находимся в самом начале пути».

Реконструкция разворота дрозофилы: