Плодовые мушки используют корректирующие движения для сохранения стабильности после травмы

Исследователи обнаружили, что плодовые мушки могут быстро компенсировать катастрофические повреждения крыльев, сохраняя такую ​​же стабильность после потери до 40% крыла. 

Чтобы провести эксперимент, исследователи изменили длину крыльев анестезированных плодовых мушек, имитируя травму, которую могут получить летающие насекомые. Затем они подвесили мух в кольце виртуальной реальности. Имитируя то, что видят мухи в полете, исследователи воспроизводили виртуальные образы на крошечных экранах в кольце, заставляя мух двигаться так, как будто они летят.

«Мы обнаружили, что мухи компенсируют свои травмы, сильнее взмахивая поврежденным крылом и снижая скорость здорового», — сказал Жан-Мишель Монжо, доцент кафедры машиностроения штата Пенсильвания. «Они достигают этого, модулируя сигналы в своей нервной системе, что позволяет им точно настраивать свой полет даже после травмы».

Взмахивая поврежденным крылом сильнее, плодовые мушки обменивают некоторые характеристики, которые снижаются лишь незначительно, на поддержание стабильности за счет активного увеличения демпфирования.

«Сложность строения мух, которую мы обнаружили в данном исследовании, не имеет себе равных ни в одной из существующих инженерных систем», — сказал Монжо. «Мы все еще далеки от инженерной стороны попыток воспроизвести то, что мы видим в природе, и это просто еще один пример того, как далеко мы должны зайти».

«Летающие насекомые могут вдохновить на разработку летающих роботов и дронов, способных при помощи алгоритмов реагировать на физические повреждения и сохранять свою работоспособность», — сказал соавтор Ваэль Салем, докторант Пенсильванского университета в области машиностроения. «Например, разработка беспилотника, который может компенсировать сломанный двигатель в полете, или робота на ногах, который может переносить вес на другие ноги, когда одна из них выходит из строя».

Чтобы изучить механизм, с помощью которого мухи компенсируют повреждение крыльев в полете, сотрудники Университета Колорадо в Боулдере создали прототип робота с механическим крылом, близким по размеру и функциям к крыльям плодовой мухи. Исследователи разрезали механическое крыло, воспроизведя эксперименты в Пенсильвании, и проверили взаимодействие между крыльями и воздухом.

«Используя только математическую модель, нам нужно сделать упрощающие предположения о конструкции крыла, движении крыла и взаимодействии крыла с воздухом, чтобы сделать наши расчеты понятными», — сказал соавтор Кошик Джаярам, ​​доцент кафедры машиностроения. в Университете Колорадо в Боулдере. «Но с физической моделью наш прототип робота взаимодействует с миром природы так же, как муха, подчиняясь законам физики. Таким образом, эта установка отражает тонкости сложных взаимодействий крыла с воздухом, которые мы еще не полностью понимаем. "

Источник: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo0719