Пичужка и очки: как попугай помогал исследовать полет

Зачем на попугайчика надели очки, как это поможет создателям беспилотников, что общего у пернатого испытателя и носа лабрадора, рассказывает Indicator.Ru.

Воробьиного попугайчика Оби экипировали как летчика времен Второй мировой, надев на него большие круглые очки с ремешками, и заставили пролететь сквозь облако аэрозольных частиц, освещаемых вспышками лазера. Описание относится не к процессу съемок фильма-катастрофы, а к эксперименту, позволившему ученым лучше разобраться в механизмах полета. Результаты представлены в Bioinformatics and Biomimetics. Кратко они описаны на сайте Стэнфордского университета.

Снять розовые очки с науки, надеть оранжевые на птицу

Эрик Гутьеррез из лаборатории Дэвида Лентика в Стэнфорде натренировал представителя одного из самых крошечных видов попугаев по команде летать с жердочки на жердочку, чтобы зарегистрировать и измерить воздушные вихри, которые создают крылья птицы при полете, и подъемную силу. Теперь оранжевые очки для воробьиного попугайчика помогут по-другому взглянуть на все теоретическое обоснование того, как животные поддерживают свое тело в полете. Расчеты и модели использовали для создания дронов и других летающих роботов, вдохновленных природными аналогами (о других достижениях биомиметики мы уже писали). Конструирование таких роботов и является основным интересом руководителя исследования, механического инженера. Именно его сотрудники первыми собрали робота, способного при помощи маховых движений взлетать и приземляться вертикально, как насекомое, и робота-стрижа с крыльями, меняющими форму, когда он парит и пикирует.

«Целью нашего исследования было сравнение моделей, часто используемых в литературе для оценки подъемной силы, которую создает птица или другое летающее животное с помощью завихрений, — рассказала соавтор работы Диана Чин, магистрантка из лаборатории Дэвида Лентика.

Птички небесные и железные

Гутьеррез, защитивший магистерский диплом в лаборатории Лентика, на 3D-принтере напечатал для воробьиного попугайчика крошечные очки-авиаторы, чтобы защитить глаза птички от частиц аэрозоля и лазерных лучей. На внешнюю сторону очков были нанесены отражающие метки, чтобы можно было одновременно следить за быстротой пернатого испытуемого.

Стена нетоксичных взвешенных частиц микронного размера (как и пары ацетона в работе с моделью собачьего носа) была нужна для визуализации воздушных потоков: частицы аэрозоля, разгоняемые и перемешиваемые машущими крыльями, отражали свет лазера и демонстрировали движение струй воздуха, как на воздушном дисплее.

Последние измерения были проведены через несколько взмахов крыльями после пролета аэрозольной стены, чтобы проверить, остаются ли позади птицы следы, подобные конденсационному следу самолета. Оказалось, что завихрения воздушных потоков позади пернатых исчезают довольно резко, в отличие от белых линий, которые оставляют за собой «железные птицы».

Три теории «сдулись», как воздушный шарик

Также ученые измерили аэродинамическую силу полета воробьиного попугайчика с помощью специальной платформы. Чувствительность этого инструмента, разработанного в лаборатории Лентика, настолько высока, что ученые чуть не сломали прототип прибора струей воздуха из воздушного шарика.

«Мы выяснили, что все три модели, которые мы применили, очень неточны, так как базируются на не всегда верных предположениях», — сообщает Диана Чин. Ни одна из существующих моделей не смогла предсказать поведение воздуха под крылом маленькой птички.

Каждая из трех моделей различна, их сложно сравнить друг с другом и с многообразными способами полета реальных животных: от летучей мыши до бабочки, от шмеля до совы. По мнению ученых, выходом может стать только новая модель.

«Мы показали, что уравнения, которые люди использовали для описания полета животных, не так надежны, как нам бы этого хотелось. Нам нужны новые исследования, новые методы, чтобы действительно показать, что на наши предсказания этого процесса можно положиться», — заявляет Дэвид Лентик, надеясь, что новая технология изучения полета, изобретенная в его лаборатории, поможет ученым приблизиться к разгадке этого удивительного эволюционного приобретения.