Дизайн полёта: мухи и птицы делают то, что надо

Прочтите следующее предложение и найдите в нем логическую последовательность: «Подобно тому, как братья Райт использовали устройства управления, чтобы добиться стабильного полета аэроплана, у летающих насекомых в ходе эволюции появились поведенческие стратегии, которые обеспечивают восстановление помех во время полета». Этим предложением начинается опубликованная в журнале PNAS статья о встроенных в крылья насекомых средствах стабилизации.1 Ристроф и его коллеги просто сравнили принципы дизайна, которые используются изобретателями целенаправленно, с процессом эволюции, основанном на методе проб и ошибок.

Читайте также: Самые красивые птицы фото

Авторы изучили, каким образом плодовые мушки (дрозофилы) исправляют последствия помех. Исследователи сделали так, что мушки постоянно наталкивались на помехи, а затем наблюдали их поведение. В их обзоре исследования говорится: «Итак, так же как и первые сконструированные человеком аэропланы и современные реактивные самолеты, плодовые мушки используют автономную схему стабилизации, которая реагирует на минимальные помехи». Дрозофилам необходимо всего лишь 60 миллисекунд, чтобы изменить направление на 2 градуса и вернуться к своему первоначальному маршруту. Они делают это потому, что они оснащены «парой небольших вибрирующих органов, называемых жужжальцами, которые действуют как гироскопические датчики». За этим незамедлительно следует высказывание на языке аэродинамической инженерии: «Данные результаты указывают на то, что эти насекомые осуществляют свои корректирующие действия с помощью автостабилизирующей обратной связи, в которой воспринимаемая органами чувств угловая скорость служит сигналом для автопилота». Слово «управление» чаще всего встречалось в статье, а именно 27 раз. Затем исследователи сделали плавный переход от биологии к человеческой инженерии:

«Принципы управления полетом, выявленные в модели этого организма, могут иметь более широкое применение, и эта работа представляет собой образец для будущих исследований, направленных на выявление того, используют ли другие животные автостабилизацию полета. Стратегии управления полетом у различных животных, скорее всего, имеют общие черты, так как физика вращения тела похожа у многих животных во время полета, в котором задействовано махание крыльями. Кроме того, животные, у которых отсутствуют жужжальца, могут использовать функционально эквивалентные механосенсорные структуры, такие как антенны. И наконец, архитектура управления полетом дрозофилы указывает на детальный план стабилизации высокоманевренных, машущих крыльями, летательных механизмов.

Что касается механизмов с фиксированными крыльями, то необходимость преодолевать неустойчивость стала причиной появляения в 1912 году автостабилизирующей системы - всего через 9 лет после того, как братья Райт впервые совершили полет на управляемом вручную летательном аппарате. Развитие таких автоматических систем управления также привело к первому формальному описанию пропорционально-интегрально-дифференциальных схем управления и передовой технологии гироскопических датчиков. Автостабилизирующая реакция мушки дрозофилы хорошо моделируется простой PD схемой, которая получает данные от гироскопических жужжалец, и, как самолеты, использует тонкую установку направления крыла для создания корректирующих вращающих моментов. Примерно через 350 миллионов лет после того, как насекомые начали летать, человек обратился к решению проблемы управления полетом и присоединился в небе к животным».

Хотите узнать, каких технологий полета достигли животные? Не нужно далеко ходить, посмотрите на стрижа. Черный стриж (Apus Apus) является чемпионом по скорости в категории устойчивого полета. Как сообщает BBC News, ученые измерили скорость стрижа и выявили, что они летают быстрее сокола обыкновенного в горизонтальном полете, хотя сокол, используя силу гравитации, устанавливает рекорд по прыжкам в свободном падении. Недавно было установлено, что стриж совершает полет со скоростью 69,3 миль/ч. Это «наивысшая подтвержденная скорость птицы в горизонтальном полете», - заявили шведские исследователи в журнале Avian Biology. Это почти в три раза выше их нормальной скорости полета 22-26 миль/ч. Очевидно, самцы делают это, чтобы выставить себя напоказ во время «крикливых танцев», когда они собираются в стаи и, перекликаясь друг с другом, совершают брачные танцы.

Читайте также: интересный список статей на тему о птицах."Тема "Птицы", список статей."

Д-р Пер Хеннингссон сказал: «Просто удивительно, что птица, которая имеет ограниченный диапазон скоростей, в то же самое время способна при необходимости летать в два раза быстрее». Один журналист добавил: «Это означает, что птицы должны быть способны радикально изменять свои аэродинамические действия, путем изменения профиля крыла и физиологии, в зависимости от того, обычный это полет или крикливый танец». К статье прилагается короткое видео, на котором сняты стрижи во время полета. Они пролетают мимо в мгновение ока, но съемка позволяет увидеть полет в замедленном действии. Репортер Джоди Бартон назвал этих птиц «суперэнергичными стрижами».

1. Ристроф и др., «Открытие автостабилизаторов полета у дрозофил с помощью использования воздушных преград», Протоколы национальной академии наук, в он-лайн с 1 марта, 2010, doi: 10.1073/pnas.1000615107.

В экспериментах, проведенных с дрозофилой, только один раз было использовано слово «эволюция», а всё остальное время исследователи говорили о проектировании. Но расположение слова «эволюция» в одно предложение с такими понятиями, как братья Райт, проектирование и управление полетом, просто возмутительно. Может быть, авторы сделали это нарочно. Может быть, они хотели, чтобы читатели увидели логическое противоречие этого предложения. Может быть, они просто хотели защитить свою работу о разумном дизайне от цензуры. Надеюсь, что именно так и было, в противном случае это указывает на эндемическое душевное расстройство у обитателей академических залов.

Следующий раз, когда вы увидите дрозофилу или мошку, задержитесь, и понаблюдайте за ней. Подумайте о том, сколько технологии встроено в это крошечное тельце. Это насекомое совершает такие трюки, которым мечтают подражать аэрокосмические инженеры. Узнайте, какие птицы обитают в ваших краях. Если у вас будет возможность, посмотрите на то, как летают стрижи. Возможно, вам захочется присоединиться к ним в их крикливых танцах. Долго машите руками, и может быть через миллионы лет, вам удастся присоединиться к ним. Но на самом деле, вряд ли.

Источник — www.crev.info