Природа продолжает вдохновлять ученых на создание потрясающих технологических решений. Например, способность комаров ориентироваться и аккуратно приземляться в темноте была использована при создании новой сенсорной системы для воздушных дронов.
Мастера мягкой посадки
Вы, наверняка, замечали, что когда летней ночью на вас садится комар, вы вообще не ощущаете его прикосновения. Многие полагают, что виной тому - малый вес насекомого, но это верно лишь отчасти. Если бы легкий комар на полном ходу врезался в вас, вы бы все равно ощутили удар, несмотря на его малую массу. Вы не ощущаете кровососа только потому, что комары - прирожденные мастера мягкой посадки. Причем садятся они вслепую.
Исследователи Королевского ветеринарного колледжа в Лондоне под руководством профессора Ричарда Бомфри изучили сенсорный механизм самца комара Culex quinquefasciatus и обнаружили, что насекомое для выявления препятствий анализирует воздушный поток.
Огромный набор механических сенсоров позволяет комару дистанционно чувствовать препятствия без использования глаз. Это немного напоминает эхолокацию летучих мышей, но насекомые используют не эхо, а отражение воздушного потока, который сами же генерируют.
Комары летают, быстро взмахивая своими длинными крыльями. Это производит быстрые струи воздуха, генерирующие подъемную силу. Когда эти струи сталкиваются с препятствием, структура воздушного потока меняет форму. Изменение регистрируется особым органом чувств под названием джонстонов орган, который расположен в основании усиков-антенн комара. Это позволяет насекомому в режиме реального времени строить картину своего окружения с помощью “аэродинамической визуализации”. Даже в кромешной темноте комар точно знает, какие препятствия находятся вокруг.
Чтобы узнать, как комар делает это, ученые записали полет насекомого скоростной камерой, а затем проанализировали его в аэродинамической симуляции. Оказалось, что джонстонов орган имеет идеальное расположение для считывания изменений воздушного потока. Наибольшие перепады давления наблюдаются в районе головы комара. При этом насекомое может считывать рельеф под собой на высоте, превышающей 20 длин собственных крыльев.
Дрон-комар
Ученые попытались воссоздать такую же систему аэродинамической визуализации в железе. Команда оснастила миниатюрный квадрокоптер био-вдохновленным сенсорным устройством. Это устройство состоит из матрицы трубчатых зондов, соединенных с датчиками перепада давления, установленными на максимальную чувствительность.
После серии тестов квадрокоптер отправили в автономный полет. Оказалось, что машина с таким “органом чувств” может очень эффективно обнаруживать опасные препятствия. Дрон не использует других сенсоров и камер, но реагирует на приближение земли или стен на достаточном расстоянии, чтобы избежать столкновения с ними.
По словам ученых, такая система, является простой, энергоэффективной, а главное - масштабируемой. То есть, ее можно установить и на маленький квадрокоптер, и на тяжелый летающий автомобиль.
“Если мы хотим жить в будущем, где летающие машины и беспилотники выполняют все больше работы, будет полезно почерпнуть вдохновение у комаров. Это поможет нашим машинам безопаснее работать вблизи зданий или другой инфраструктуры. Также нет причин останавливаться на небольших летательных аппаратах. Эта возможность обнаружения поверхности может быть использована даже на вертолетах, что сделает полеты в условиях низкой видимости немного безопаснее”, - говорит профессор Бомфри.
Внимательнее с исследованием можно ознакомиться в журнале Science.
Если хотите получать новости через мессенджер, подписывайтесь на новый Telegram-канал iGate
