211service.com
Hur fruktflugor utför svängar under flygning
Insekternas halsbrytande flygförmåga är häpnadsväckande att se. Men det är också en huvudskrapa för fysiker och ingenjörer som länge har känt till aerodynamikens skalberoende som gör flygningen till en helt annan sak för en fruktfluga än för en duva eller en jumbo.
Medan vi i århundraden har känt till principerna för lyft som håller ett flygplan i luften, har fysiker bara under de senaste tio åren upptäckt hur insektsvingar skapar lyft genom generering av och interaktion med virvlar.
Efter att ha löst den gåtan riktas uppmärksamheten mot hur insektsflygare kontrollerar sin rörelse. Frågan är hur dessa flygare manipulerar sina vingar för att utföra svängar under flygning, ibland extremt skarpt och i relativt hög hastighet?
Svaret kommer idag från Jane Wang och kompisar vid Cornell University som har studerat hur fruktflugor vänder sig med hjälp av tre kameror i rät vinkel som spelar in bilder med en hastighet av 8000 bilder per sekund, eller cirka 35 bilder per vingslag.
Fruktflugor genererar lyft och framdrivning genom att paddla vingarna fram och tillbaka i en sorts roddrörelse. Höghastighetsfilmer visar att varje vings anfallsvinkel vid stadig flygning är ungefär densamma under slagen framåt och bakåt och att rörelsen på vänster vinge speglar den högra. Så vid jämn flygning upphävs vridmomentet som genereras av varje vinge.
Men under en sväng säger Wang och co att en fruktfluga ändrar attackvinkeln på en vinge med cirka 9 grader, vilket genererar extra motstånd som får fruktflugan att vända.
Så tänk dig att titta ner på en fruktfluga under flygning. En förändring i anfallsvinkeln på den högra vingen genererar drag som får flugan att vända medurs.
Det som är intressant med Wang-teamets analys är deras slutsatser om hur en fruktfluga kontrollerar denna förändring i vingvinkeln. Det ser ut som om mycket av en flugas förmåga att flyga är en funktion av styrkan och elasticiteten hos själva vingarna: de är designade för att ro. Det minskar omedelbart kommando- och kontrollbördan på fruktflugans centrala nervsystem.
Detta är en idé som kallas passiv dynamik där ett systems design inkluderar förmågan att kontrollera rörelse som standard, som en fjäderbolls förmåga att orientera sig under flygning.
Wang och co säger att svängningen ser ut som om den utförs av en mycket liten modifiering av det fjäderliknande beteendet hos vinggångjärnet. Och att detta enkelt kan göras med hjälp av en relativt liten muskel.
Vår modell förutspår att flugmusklerna hos flugor kan agera över flera vingslag för att påverka vingarnas stigning och ändå generera de sub-vingslagsförändringar i vingrörelser som aerodynamiskt inducerar manövern, säger teamet.
Det kan låta lite esoteriskt men det borde visa sig vara av stort värde för det växande antalet ingenjörer som försöker bygga robotiga mikroluftfordon med insektsliknande vingar.
Wang och co drar slutsatsen: Den enkla mekanism som används av fruktflugor kan vara ganska allmän och bör på samma sätt förenkla kontrollen av flaxande flygmaskiner.
Någon som hör det där surrande ljudet?
Ref: arxiv.org/abs/0910.0671 : Fruktflugor modulerar passiv vingkastning för att generera svängar under flygningen