Американские ученые обнаружили, что существующие модели для оценки подъемной силы не могут предсказать характер завихрений, которые создаются крыльями птицы во время полета. Результаты работы опубликованы в журнале Bioinformatics and Biomimetics.
Аэродинамика полета самолетов повторяет базовые принципы аэродинамики полета птиц. Однако, в отличие от самолетов, птицы могут совершать не только парящий, но и машущий полет, механика которого изучена недостаточно. Наименее ясной остается аэродинамика некоторых типов полета насекомых: помимо машущего полета они, как и небольшие птицы, также могут выполнять поступательный полет (резкое изменение направления) и зависание. Понимание этих механизмов важно для создания микророботов, способных летать аналогичным образом.
Сейчас для оценки подъемной силы «микрокрыла» таких роботов используются три основные модели. Чтобы проверить их, ученые из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Стэнфордского университета провели серию экспериментов с воробьиным попугаем (Forpus) — одной из самых небольших птиц. В ходе работы попугай должен был пролетать между жердями, удаленными друг от друга примерно на метр, сквозь «стену» лазера, который подсвечивал частицы аэрозоля. Для защиты глаз на птицу надевались напечатанные на 3D-принтере очки-авиаторы.
При пересечении лазера взмахи крыльев создавали завихрения, которые с различных ракурсов фиксировали 12 высокоскоростных камер. Параллельно авторы предсказывали характер завихрений с помощью трех известных моделей. Результаты показали, что все модели оказались не способны оценить показатель: две из них последовательно недооценивали значения подъемной силы, тогда как третья приводила к нулевому значению, что означало, что животное должно было находиться в свободном падении. Однако птица продолжала взмахи крыльями.
Вопреки уравнениям, во время взмаха завихрения происходят не постепенно и упорядоченно, но хаотично и очень быстро: скорость изменений составляет около 100 миллисекунд. При этом в отличие от самолетов, завихрения возникают близко к крылу. По мнению ученых, полученные данные указывают на необходимость создания новых моделей, предсказывающих аэродинамику полета птиц. Потенциально это также позволит прояснить более сложные механизмы, в том числе зависание у насекомых, и поможет в разработке микророботов.
