У МФТІ розробили модель польоту комара та його підйомної сили.

Розуміння того, як тварини переміщуються в просторі, має велике значення для багатьох наукових галузей. Зокрема, спостереження за комахами може допомогти інженерам у розробці нових типів безпілотників. Наприклад, дослідницьких апаратів, здатних літати в вузьких тунелях, зависати в повітрі і сідати на вертикальні та похилі поверхні.

Для вирішення цих питань команда російських вчених запропонувала нову обчислювальну модель польоту комара. Робота опублікована в Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation — міжнародному академічному журналі, присвяченому методам математичного моделювання та аналізу.

Як пояснили вчені, інтерес до вивчення польоту комара пов'язаний із тим, що ці комахи мають одну з найунікальніших технік створення підйомної сили. Їхній політ — результат двох коливальних рухів: обертання і помахів. Комарине крило здійснює часті коливальні рухи з невеликою (близько 400) амплітудою. При цьому в кінці кожного руху вгору і вниз воно трохи закручується, що створює додаткові вихори на краю аеродинамічної поверхні і збільшує вертикальну тягу.

В основі запропонованої вченими обчислювальної моделі закладено всього шість рівнянь. Ця лаконічність дозволяє значно економити обчислювальні потужності. Разом із тим при побудові моделі був реалізований ексклюзивний алгоритм, який передбачає деформацію обчислювальної сітки з урахуванням вигинів і помахів крил за допомогою методу динамічного перетворення. Таким чином, дослідники отримали можливість враховувати рух повітряних потоків, створюваних навколо тіла комара під час польоту.

«В ході нашої роботи була побудована точна математична модель руху комахи в повітрі. Вона дозволяє розрахувати, грубо кажучи, не лише те, як маленька істота махає крилами, але й те, що відбувається з повітряним потоком навколо неї. В результаті алгоритм дає можливість побудувати відповідні поля тиску і обчислити підйомну силу», — пояснив керівник досліджень Віктор Казанцев, завідувач лабораторією нейробіоморфних технологій МФТІ та завідувач кафедрою нейротехнологій ННГУ.

Зокрема, завдяки новій моделі була розрахована частота помахів крила, необхідна для зависання комахи в повітрі. Згідно з висновками вчених, ця величина становить 800-820 циклів на секунду. Отримані дані співпали з експериментальними розрахунками, проведеними раніше, що підтвердило прогностичну точність запропонованих алгоритмів. Разом із тим вчені визначили, що збільшення підйомної сили, яку створюють крила комахи, пропорційно квадрату частоти коливань, які вони здійснюють.

«Крила комара мають відносно просту форму. Це дає можливість використовувати отримані розрахунки як основу для розробки більш складних моделей. Наприклад, таких, які описують політ птахів, верхні кінцівки яких під час помаху змінюють свою геометрію», — розповів Віктор Казанцев.

Також, за словами вчених, запропоновані моделі можуть стати базою для розробки безпілотників, заснованих на принципах польоту комара. Технології для відтворення руху крил таких біоморфних апаратів з високою частотою коливань вже існують.