ინფორმაცია

რატომ არიან მწერები ასე ენერგოეფექტური ფრენისას?

რატომ არიან მწერები ასე ენერგოეფექტური ფრენისას?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

რატომ არიან მწერები ასე ენერგოეფექტური ფრენისას? ეს არის მათი მსუბუქი წონის და აეროდინამიკის გამო თუ ძალიან ეფექტური ბიოქიმიური გარდაქმნების გამო (საკვები-> ენერგია)?


მწერების ფრენის კუნთს შეუძლია მიაღწიოს მეტაბოლურ სიჩქარეს ყველა ცხოველურ ქსოვილს შორის და ეს ქსოვილი შეიძლება ჩაითვალოს ბიოქიმიური ადაპტაციის დახვეწილ ნიმუშად.

მაგალითად, კალიებმა შეიძლება (თითქმის მყისიერად) გაზარდონ ჟანგბადის მოხმარება 70-ჯერ ფრენის დაწყებისას. ადამიანებში ვარჯიშმა შეიძლება გაზარდოს O2 მოხმარება მაქსიმუმ 20-ჯერ, ხოლო ფრენის დროს ფრინველებისთვის ეს მაჩვენებელი დაახლოებით 10-ჯერ არის (Wegener, 1996; Sacktor, 1976).

როგორც ვეგენერმა (1996) თქვა (თავის საბოლოო ნაშრომში):

მწერების აერობული მოცულობა (სუნთქვის მაქსიმალური და ბაზალური სიხშირის თანაფარდობა) შეუდარებელია ცხოველთა სამყაროში.

ფრენა იკვებება ATP ჰიდროლიზით და ეს შთამბეჭდავი მეტაბოლური მაჩვენებლები მიიღწევა ATP ჰიდროლიზისა და რეგენერაციის ძალიან ეფექტური კონტროლით.

  • მეტაბოლიზმი არის აერობულირითაც იძლევა ბევრად უფრო ეფექტური ატფ-ის გამომუშავებას ჰექსოზებიდან (მაგალითად, ანაერობულ მეტაბოლიზმთან შედარებით).
  • ფრენის კუნთმა შესაძლოა სხეულის მასის 20%-მდე შეადგინოს.
  • მწერებში ჰემოგლობინი და მიოგლობინი არ არის. ამის ნაცვლად, აირისებრი O2 ქსოვილებში ტრანსპორტირდება მილაკების სისტემით და დეპონირდება მოხმარების ადგილთან ისე ახლოს, რომ (როგორც ჩანს) შესაძლოა მიტოქონდრიაში დიფუზიის გზით მიაღწიოს.
  • კალიები იფრენს შაქრის დაწვით ადრეულ ეტაპებზე, თანდათანობით იცვლება ლიპიდების საწვავად. (ფუტკრებში ფრენა მთლიანად იკვებება ჰექსოზის მოხმარებით). ეს მიიღწევა გლიკოგენის დაშლისა და გლიკოლიზის ეფექტური კონტროლით, გლიკოგენის ფოსფორილაზას (გლიკოგენის დაშლა) და ფოსფოფრუქტოკინაზას (PFK) აქტივობის შეცვლით, გლიკოლიზის ძირითადი კონტროლის ფერმენტი.
  • ამ თემებზე უზარმაზარი ლიტერატურა არსებობს, მაგრამ საკმარისია ითქვას, რომ გლიკოლიზის შემთხვევაში კონტროლი ძალიან ეფექტურად მიიღწევა PKF-ის ალოსტერიული რეგულირებით, სადაც მთავარ როლს ასრულებენ ფრუქტოზა 1,6-ბისფოსფატი და ფრუქტოზა 2,6-ბისფოსფატი. იხილეთ Sacktor, 1976).
  • ეს ალოსტერიული კონტროლი ძალიან ეფექტურად იძლევა გლიკოლიზის (თითქმის მყისიერად) ჩართვას და მაქსიმალურ მნიშვნელობებზე მუშაობის საშუალებას და (თითქმის მყისიერად) გამორთვას.

ცნობები

Wegener, G. (1996) მფრინავი მწერები: სამოდელო სისტემების სავარჯიშო ფიზიოლოგია Experientia მაისი 15;52(5):404-12. (იხილეთ აქ)

Sacktor B. (1976) ბიოქიმიური ადაპტაცია მწერებში ფრენისთვის. Biochem Soc Symp. 1976; (41): 111-31. (იხილეთ აქ)


რაც უფრო პატარაა ცხოველი მით უფრო ადვილი ხდება მისთვის ფრენა. ეს იმიტომ ხდება, რომ ზედაპირის ფართობი იზრდება ცხოველის დიამეტრის მეორე ხარისხამდე, ხოლო მასა იზრდება მესამემდე. ასე რომ, რაც უფრო დიდია ნივთი, მით მეტი მასა აქვს თითო ზედაპირზე.

და რადგან მწერები პატარები არიან, ისინი კარგად ფრენაში არიან.

როგორც ნებისმიერი სხვა მიზეზის გამო, მე არ ვფიქრობ, რომ მწერები უფრო ენერგოეფექტურია, ვიდრე ვთქვათ, ფრინველები.


რამდენად მაღლა შეუძლიათ მწერები ფრენა?

ჩიტები არ არიან ერთადერთი ცხოველები, რომლებსაც შეუძლიათ განსაკუთრებული სიმაღლეებამდე ასვლა. მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ მწერები ასევე შეიძლება ამაღლდნენ შემთხვევით და მიაღწიონ განსაცვიფრებელ სიმაღლეებს.

მიუხედავად იმისა, რომ ყველაზე მაღალი მფრინავი ფრინველი, რუპელის გრიფონი, რომელიც მშობლიურია ცენტრალურ აფრიკაში, დაფიქსირდა 37,000 ფუტის (11,278 მეტრის) სიმაღლეზე, მწერებს ასევე შეუძლიათ გაცილებით მაღლა გადაადგილება, ვიდრე თქვენ ფიქრობთ.

მეცნიერებმა შეაგროვეს კალიები, რომლებიც დაფრინავდნენ 14,764 ფუტის (4,500 მ) სიმაღლეზე, ნამდვილი ბუზები, ქვის ბუზები, მაიფრენები და ბუზები 16,404 ფუტზე (5,000 მ) სიმაღლეზე და ბუზები და პეპლები 19,685 ფუტზე (6, 6000 მ), მაიკლის მიხედვით. ვაიომინგის უნივერსიტეტის ზოოლოგიისა და ფიზიოლოგიის დეპარტამენტის მკვლევარი. [ფერადი ფრთების გალერეა]

მაღალ სიმაღლეებზე, მწერების მფრინავები აწყდებიან იგივე გამოწვევებს, რომლებსაც ფრინველები აწყდებიან: „დაბალი ტემპერატურა, დაბალი ჟანგბადი და ჰაერის დაბალი სიმკვრივე“, განუცხადა დილონმა Live Science-ში ელფოსტაში.

"პატარა მწერები ვერ არეგულირებენ სხეულის ტემპერატურას მათი გარემოსგან დამოუკიდებლად", - განმარტა დილონმა. „მაღალ სიმაღლეებზე ცივმა ტემპერატურამ შეიძლება დახუროს ისინი დღისა და ღამის დიდ ნაწილში. და მწერები და ჩვენნაირი მწერები დიდწილად ეყრდნობიან აერობულ სუნთქვას ენერგიის მოთხოვნილების უზრუნველსაყოფად. ეს ნიშნავს, რომ მათ უნდა მიაწოდონ საკმარისი ჟანგბადი თავიანთ ქსოვილებს ფუნქციონირებისთვის. შემცირებულმა ჟანგბადმა დიდ სიმაღლეებზე შეიძლება გამოიწვიოს მათი სუნთქვის უნარი“, - თქვა დილონმა.

და როდესაც ჰაერის სიმკვრივე დაბალია, მწერების ფრთებს უფრო მეტი შრომა სჭირდებათ ამწევის შესაქმნელად.

„ფრთების მოლეკულები ნაკლებია, რომლითაც „დაძვრენ“ ძალების წარმოქმნით, რომლებიც სხეულს მაღლა და მოძრაობაში აკავებენ“, - დასძინა მან.

დილონი თანაავტორი იყო 2014 წელს ჟურნალში Biology Letters-ში გამოქვეყნებული კვლევის შესახებ, რომელიც აღწერს ალპური ბუმბერაზების უჩვეულო ფრენის შესაძლებლობებს. ფუტკრების კამერაში მოთავსებით, რომელიც ახდენს ჰაერის შემცირებული წნევის სიმულაციას მაღალ სიმაღლეებზე, მკვლევარებმა დაადგინეს, რომ ზოგიერთ ბუმბერაზს შეუძლია ცურვა 29,528 ფუტის (9,000 მ) სიმაღლეზე და ევერესტზე მთა.

მეცნიერებმა გამოიყენეს მაღალსიჩქარიანი კამერები ბუმბერაზების გადასაღებად ფრენის დროს და აღმოაჩინეს, თუ რა აძლევდა მწერებს საშუალებას აეტანა იქ, სადაც ჰაერი უფრო თხელია.

„ჩვენ შევძელით გვეჩვენებინა, თუ როგორ ცვლიან ისინი ფრთების მოძრაობას ჰაერის შემცირებული სიმკვრივის კომპენსაციისთვის და ისინი ატრიალებენ უფრო ფართო რკალში“, განუცხადა დილონმა Live Science-ს. თუმცა, გაცილებით დაბალი ტემპერატურა ევერესტზე მაღალ სიმაღლეებზე, სავარაუდოდ, ხელს უშლის ფუტკრებს ამ სიმაღლეებზე ფრენაში, წერენ მკვლევარები კვლევაში.

მწერების ფიზიოლოგიის შესახებ ჯერ კიდევ ბევრი რამ არის გასარკვევი, დასძინა დილონმა. ასე რომ, ძნელი სათქმელია, რა დამატებითი ადაპტაციები შეიძლება ჰქონდეთ ბუმბერაზებსა და სხვა მწერებს, რაც მათ საშუალებას აძლევს გადარჩეს მაღალ სიმაღლეებზე და იფრინონ ​​უკიდურეს სიმაღლეებზე, თქვა მან.

"მაღალ სიმაღლეზე ცხოვრების გამოწვევების გამო, ჩვენ ვხედავთ ორგანიზმების უმრავლესობის სიმრავლისა და მრავალფეროვნების შემცირებას, მათ შორის მწერების ჩათვლით, როცა მაღალ სიმაღლეებზე გადავდივართ. უბრალოდ რთული ადგილია საარსებო წყაროსთვის!" თქვა დილონმა.


შინაარსი

პირდაპირი ფრენის რედაქტირება

სხვა მწერებისგან განსხვავებით, ეფემეროპტერას და ოდონატას (ჭრიჭინა და ბუზები) ფრთების კუნთები ჩასმულია პირდაპირ ფრთების ფუძეებზე, რომლებიც დაკიდებულია ისე, რომ ფრთის ძირის მცირე მოძრაობა ქვევით, თავად ფრთას ასწევს ზემოთ, ძალიან ჰგავს. ნიჩბოსნობა ჰაერში. ჭრიჭინებსა და ქალწულებს აქვთ წინა და უკანა ფრთები მსგავსი ფორმისა და ზომის. თითოეული მოქმედებს დამოუკიდებლად, რაც იძლევა წვრილ კონტროლს და მობილურობას იმ მკვეთრობის თვალსაზრისით, რომლითაც მათ შეუძლიათ შეცვალონ მიმართულება და სიჩქარე, რაც არ ჩანს სხვა მფრინავ მწერებში. ეს გასაკვირი არ არის, თუ გავითვალისწინებთ, რომ ოდონები ყველა საჰაერო მტაცებელია და ისინი ყოველთვის ნადირობდნენ ჰაერში სხვა მწერებზე. [1]

არაპირდაპირი ფრენა რედაქტირება

პირდაპირი ფრენის კუნთების ორი რიგის გარდა, ყველა სხვა ცოცხალი ფრთიანი მწერი დაფრინავს სხვა მექანიზმის გამოყენებით, რომელიც მოიცავს არაპირდაპირ ფრენის კუნთებს. ეს მექანიზმი ერთხელ განვითარდა და არის განმსაზღვრელი მახასიათებელი (სინაპომორფია) ინფრაკლასის ნეოპტერისთვის, იგი, ალბათ შემთხვევით არ შეესაბამება, ფრთების დასაკეცი მექანიზმის გამოჩენას, რომელიც ნეოპტერან მწერებს საშუალებას აძლევს, ფრთები მუცელზე გადაკეცონ უკან მოსვენების დროს (თუმცა ეს უნარი მეორად დაიკარგა ზოგიერთ ჯგუფში, მაგალითად, პეპლებში). [1]

მაღალ ჯგუფში ორი ფუნქციური წყვილი ფრთებით, ორივე წყვილი ერთმანეთთან მექანიკურად არის დაკავშირებული სხვადასხვა გზით და ფუნქციონირებს როგორც ერთი ფრთა, თუმცა ეს ასე არ არის უფრო პრიმიტიულ ჯგუფებში. ასევე არის გამონაკლისები უფრო მოწინავე ნეოპტერებს შორის, მოჩვენებათა ფრთების განბლოკვა და მათი დამოუკიდებლად გადაადგილება, რაც მათ საშუალებას აძლევს ჭრიჭინას, როგორც ჭრიჭინა. [2]

თუმცა, რასაც ყველა ნეოპტერა იზიარებს, არის გულმკერდის კუნთების მუშაობა: ეს კუნთები, ფრთებზე მიმაგრების ნაცვლად, მიმაგრებულია გულმკერდზე და დეფორმირდება, რადგან ფრთები გულმკერდის ეგზოჩონჩხის გაგრძელებაა, რაც იწვევს გულმკერდის დეფორმაციას. ფრთებიც გადაადგილება. კომპლექტი დორსალური გრძივი კუნთები შეკუმშავს გულმკერდს წინიდან უკან, რის შედეგადაც გულმკერდის დორსალური ზედაპირი (notum) მაღლა იწევს, რაც ფრთებს აბრუნებს ქვემოთ. კომპლექტი ტერგოსტერნალური კუნთები აწევს ნოტუმს ისევ ქვევით, რის შედეგადაც ფრთები აბრუნდება ზემოთ. [1] [3] რამდენიმე ჯგუფში, დაღმასვლა მიიღწევა მხოლოდ გულმკერდის ელასტიური უკუცემის გზით, როდესაც ტერგოსტერნალური კუნთები მოდუნებულია.

ფრთის ძირში რამდენიმე პატარა სკლერიტს აქვს სხვა, ცალკეული კუნთები დამაგრებული და ისინი გამოიყენება ფრთის ფუძის კარგად კონტროლისთვის ისე, რომ დაშვებული იყოს ფრთების დახრისა და ამპლიტუდის სხვადასხვა კორექტირება. [ საჭიროა ციტატა ]

მწერები, რომლებიც ფრთებს წამში ასჯერ ნაკლებს სცემენ, სინქრონულ კუნთს იყენებენ. სინქრონული კუნთი არის კუნთის ტიპი, რომელიც ყოველ ნერვულ იმპულსზე ერთხელ იკუმშება. ეს ჩვეულებრივ გამოიმუშავებს ნაკლებ ენერგიას და ნაკლებად ეფექტურია ვიდრე ასინქრონული კუნთი, რაც განაპირობებს ასინქრონული ფრენის კუნთების დამოუკიდებელ ევოლუციას მწერების რამდენიმე ცალკეულ კლადებში. [4]

მწერები, რომლებიც უფრო სწრაფად სცემენ ფრთებს, როგორიცაა ბუმბერაზი, იყენებენ ასინქრონულ კუნთს, ეს არის კუნთის ტიპი, რომელიც ნერვულ იმპულსზე ერთხელ იკუმშება. ეს მიიღწევა კუნთის ხელახლა შეკუმშვის სტიმულირებით კუნთში დაძაბულობის განთავისუფლებით, რაც შეიძლება მოხდეს უფრო სწრაფად, ვიდრე მხოლოდ ნერვული სტიმულაციის გზით. [5] ეს საშუალებას აძლევს ფრთების დარტყმის სიხშირეს გადააჭარბოს იმ სიჩქარეს, რომლითაც ნერვულ სისტემას შეუძლია იმპულსების გაგზავნა. ასინქრონული კუნთი არის ერთ-ერთი საბოლოო დახვეწა, რომელიც გამოჩნდა ზოგიერთ უმაღლეს ნეოპტერაში (კოლეოპტერა, დიპტერა და ჰიმენოპტერა). საერთო ეფექტი არის ის, რომ ბევრ მაღალ ნეოპტერას შეუძლია ფრთების ცემა ბევრად უფრო სწრაფად, ვიდრე პირდაპირი ფრენის კუნთების მქონე მწერები. [1]

აეროდინამიკის რედაქტირება

მწერების ფრენის ორი ძირითადი აეროდინამიკური მოდელი არსებობს: წინა კიდეების მორევის შექმნა და ტაშის და ფრენის გამოყენება. [6] [7]

წინა კიდეების მორევის რედაქტირება

მწერების უმეტესობა იყენებს მეთოდს, რომელიც ქმნის სპირალურ წინა კიდეების მორევს. ეს ფრთიანი ფრთები მოძრაობენ ორი ძირითადი ნახევრად დარტყმით. დაღმასვლა იწყება ზევით და უკან და ეშვება ქვემოთ და წინ. შემდეგ ფრთა სწრაფად გადატრიალდება (სუპინაციით) ისე, რომ წინა კიდე უკან არის მიმართული. ზევით დარტყმა შემდეგ უბიძგებს ფრთას ზემოთ და უკან. შემდეგ ფრთა ხელახლა ატრიალდება (პრონაცია) და შეიძლება მოხდეს კიდევ ერთი დაღმართი. სინქრონული ფრენის კუნთების მქონე მწერებში სიხშირის დიაპაზონი ჩვეულებრივ არის 5-დან 200 ჰერცამდე (Hz). ასინქრონული ფრენის კუნთების მქონე პირებში ფრთის დარტყმის სიხშირე შეიძლება აღემატებოდეს 1000 ჰც-ს. როდესაც მწერი ცურავს, ორ დარტყმას ერთნაირი დრო სჭირდება. თუმცა, უფრო ნელი დაღმასვლა უზრუნველყოფს ბიძგს. [6] [7]

ძირითადი ძალების იდენტიფიცირება გადამწყვეტია მწერების ფრენის გასაგებად. პირველი მცდელობები, რომ გავიგოთ ფრთების აწევა, კვაზი-სტაბილური მდგომარეობა იყო. ეს ნიშნავს, რომ ჰაერის ნაკადი ფრთაზე ნებისმიერ მომენტში ჩათვლილი იყო ისეთივე, როგორიც იქნებოდა ნაკადი ფრთაზე, რომელიც არ იშლება, სტაბილურ მდგომარეობაში შეტევის იმავე კუთხით. ფრთიანი ფრთის დაყოფით უმოძრაო პოზიციების დიდ რაოდენობაზე და შემდეგ თითოეული პოზიციის გაანალიზებით, შესაძლებელი იქნებოდა ფრთაზე მყისიერი ძალების ვადების შექმნა ყოველ მომენტში. გამოთვლილი ამწე აღმოჩნდა ძალიან მცირე სამჯერ, ამიტომ მკვლევარებმა გააცნობიერეს, რომ უნდა არსებობდეს არასტაბილური მოვლენები, რომლებიც უზრუნველყოფენ აეროდინამიკურ ძალებს. არსებობდა რამდენიმე განვითარებადი ანალიტიკური მოდელი, რომლებიც ცდილობდნენ მიახლოებით მიეახლოთ ნაკადი ფრთასთან ახლოს. ზოგიერთმა მკვლევარმა იწინასწარმეტყველა ძალის მწვერვალი სუპინაციის დროს. ხილის ბუზის დინამიურად მასშტაბური მოდელით, ეს ნაწინასწარმეტყველები ძალები მოგვიანებით დადასტურდა. სხვები ამტკიცებდნენ, რომ ძალის პიკი სუპინაციისა და პრონაციის დროს გამოწვეულია უცნობი ბრუნვის ეფექტით, რომელიც ფუნდამენტურად განსხვავდება მთარგმნელობითი ფენომენისგან. ამ არგუმენტთან გარკვეული უთანხმოებაა. გამოთვლითი სითხის დინამიკის საშუალებით, ზოგიერთი მკვლევარი ამტკიცებს, რომ არ არსებობს ბრუნვის ეფექტი. ისინი ამტკიცებენ, რომ მაღალი ძალები გამოწვეულია წინა დარტყმის შედეგად გამოწვეულ ღვიძლთან ურთიერთქმედებით. [6] [7]

ზემოთ ნახსენები ბრუნვის ეფექტის მსგავსად, ფრთების აწევასთან დაკავშირებული ფენომენები ბოლომდე არ არის გასაგები ან შეთანხმებული. იმის გამო, რომ ყველა მოდელი არის მიახლოება, სხვადასხვა მოდელები ტოვებენ ეფექტებს, რომლებიც, სავარაუდოდ, უმნიშვნელოა. მაგალითად, ვაგნერის ეფექტი ამბობს, რომ ცირკულაცია ნელ-ნელა მატულობს მდგრად მდგომარეობამდე სიბლანტის გამო, როდესაც დახრილი ფრთა აჩქარებულია დასვენებისგან. ეს ფენომენი ხსნის ლიფტის მნიშვნელობას, რომელიც ნაკლებია, ვიდრე ნაწინასწარმეტყველებია. როგორც წესი, საქმე იყო დამატებითი ლიფტის წყაროების მოძიება. ამტკიცებდნენ, რომ ეს ეფექტი უმნიშვნელოა რეინოლდსის რიცხვით ნაკადისთვის, რომელიც დამახასიათებელია მწერების ფრენისთვის. ვაგნერის ეფექტი იგნორირებული იყო, შეგნებულად, სულ მცირე ერთ ბოლო მოდელში. [7] ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მოვლენა, რომელიც ხდება მწერების ფრენის დროს, არის წინა კიდეების შეწოვა. ეს ძალა მნიშვნელოვანია ეფექტურობის გამოსათვლელად. წინა კიდეების შეწოვის კონცეფცია პირველად ჩამოყალიბდა მკვეთრი კიდეების დელტა ფრთებზე მორევის ამწევის აღსაწერად. შეტევის მაღალი კუთხით, ნაკადი გამოიყოფა წინა კიდეზე, მაგრამ ხელახლა იკვრება, სანამ არ მიაღწევს უკანა კიდეს. გამოყოფილი ნაკადის ამ ბუშტის შიგნით არის მორევი. იმის გამო, რომ შეტევის კუთხე ძალიან მაღალია, დიდი იმპულსი გადადის ქვევით ნაკადში. ეს ორი მახასიათებელი ქმნის ამწე ძალის დიდ რაოდენობას, ასევე დამატებით წევას. თუმცა მნიშვნელოვანი მახასიათებელია ლიფტი. იმის გამო, რომ ნაკადი განცალკევდა, მაგრამ მაინც უზრუნველყოფს დიდი რაოდენობით აწევას, ამ ფენომენს ე.წ გაჩერების შეფერხება. ეს ეფექტი დაფიქსირდა მწერების ფრენისას და დადასტურდა, რომ მას შეუძლია უზრუნველყოს საკმარისი აწევა კვაზი-სტაბილური მდგომარეობის მოდელებში დეფიციტის გასათვალისწინებლად. ამ ეფექტს იყენებენ კანოისტები სკულინგის გათამაშების დროს. [6] [7]

ყველა ზეგავლენა აეროდინამიკური ფენომენის სამ ძირითად წყარომდე შეიძლება შემცირდეს: წინა კიდეების მორევი, მდგრადი მდგომარეობის აეროდინამიკური ძალები ფრთაზე და ფრთის შეხება წინა დარტყმის შედეგად. მფრინავი მწერების ზომა დაახლოებით 20 მიკროგრამიდან დაახლოებით 3 გრამამდე მერყეობს. მწერების სხეულის მასის მატებასთან ერთად იზრდება ფრთის ფართობი და მცირდება ფრთის დარტყმის სიხშირე. უფრო დიდი მწერებისთვის, რეინოლდსის რიცხვი (Re) შეიძლება იყოს 10000-მდე. პატარა მწერებისთვის ის შეიძლება იყოს 10-მდე. ეს ნიშნავს, რომ ბლანტი ეფექტები ბევრად უფრო მნიშვნელოვანია პატარა მწერებისთვის, თუმცა ნაკადი ჯერ კიდევ ლამინირებულია. თუნდაც ყველაზე დიდ ფლაერებში. [7] [8]


მეტამორფოზა

მწერები გადიან პროცესს მეტამორფოზა. ეს არ არის იგივე ყველა სახეობისთვის. კალიები გადიან არასრულ მეტამორფოზას, რომელიც ხდება მაშინ, როდესაც ის კარგავს თავის ეგზოჩონჩხს, როდესაც იზრდება. ის არასრულია, რადგან ბალახის ჩვილი ძირითადად ზრდასრულ კალიას ჰგავს, უფრო პატარა. სხვა მწერები გადიან სრულ მეტამორფოზას. ეს მწერები მოიცავს პეპლებს და აქვთ სხეულის სტრუქტურის სრული ცვლილება. პეპლები იწყება კვერცხების სახით და იჩეკებიან ქიაყელებში. როცა დრო მოვა, ეს ქიაყელები ავითარებენ დამცავ კედელს და გარდაიქმნებიან პეპელად. დასაწყისი არაფრით ჰგავდა დასასრულს.


როგორ შეედრება ეს სხვა მფრინავ ცხოველებს?

ფრინველები და ღამურები იზიარებენ სხეულის იმავე არქიტექტურას, როგორც ჩვენ, როგორც ეს ნაჩვენებია 3-ზე. ფრთების გასაშლელად, გულმკერდის კუნთები ფრთებს წინ უწევს, ხოლო მხრის კუნთები ფრთებს უკან. მიუხედავად იმისა, რომ ეს კუნთები ანტაგონისტურია, ისინი არ აჩვენებენ დაჭიმვის აქტივაციას და ამიტომ ეს კუნთოვანი აქტივობა უნდა იყოს ნაკარნახევი ნერვული სისტემის მიერ, რომელიც, როგორც ადრე ავუხსენით, გაცილებით ნელია. ფრინველისა და ღამურის ფრთებს ასევე სჭირდებათ მეტი ძალა გადაადგილებისთვის ბუმბერაზის ფრთებთან შედარებით, რადგან ისინი გაცილებით მძიმეა და წარმოქმნიან მეტ წინააღმდეგობას. დაჭიმვის აქტივაციისა და მოძრაობისთვის საჭირო ძალების ნაკლებობა ხსნის იმას, თუ რატომ არ შეუძლიათ ამ ცხოველებს ფრთების ცემა ისე სწრაფად, როგორც მწერები.

სურათი 3: ფრინველის ფრთის ანატომია

მწერები წარმოუდგენლად წარმატებულ ჯგუფს წარმოადგენენ, ნაწილობრივ ამ ბიომექანიკური ჯადოქრობის გამო, რაც მათ საშუალებას აძლევს ფრთების ასე სწრაფად გადაადგილება და ამით საკმარისი ძალა გამოიმუშაონ დიდი სხეულების ასაწევად შედარებით მცირე ფრთებით. ეს მათ საშუალებას აძლევს იყვნენ წარმოუდგენლად მანევრირებადი და ასევე საათობით იფრინონ ​​ძალიან შეზღუდული რესურსებით. ასე რომ, სწორედ ეს უნარი ხდის მწერებს ჩვენთვის ასე მომხიბვლელს Animal Dynamics-ში და შთაგონების ასეთ სასარგებლო წყაროდ, როდესაც საქმე ეხება ჩვენი მანქანების დიზაინს.


რატომ არიან ღამურები უფრო ეფექტური მფრინავები, ვიდრე ჩიტები

მათი მოძრაობები შეიძლება არარეგულარული და უხერხული ჩანდეს, მაგრამ ღამურები უფრო ეფექტური მფრინავები არიან, ვიდრე ფრინველები, საჰაერო ფრენის მექანიზმის წყალობით, რომელიც უნიკალურია საჰაერო არსებებში, გვიჩვენებს ახალი ქარის გვირაბის ტესტები.

წინა კვლევებმა, რომლებიც ადარებდნენ ჟანგბადის მოხმარებას მსგავსი ზომის ფრინველებს, მწერებს და ღამურებს - მაგალითად, კოლიბრს, პატარა ღამურას და მსხვილ ღამურს - დაადგინეს, რომ ღამურები [სურათი] ნაკლებ ენერგიას ხარჯავენ ფრენისთვის, მაგრამ „არავის ჰქონდა ახსნა. ამ ფენომენისთვის“, - თქვა კვლევის ჯგუფის წევრმა შერონ სვარცმა, ასოცირებული პროფესორი ეკოლოგიისა და ევოლუციური ბიოლოგიის ბრაუნის უნივერსიტეტში.

ქარის გვირაბის ტესტები ვარაუდობს, რომ ღამურის ეფექტური ფრენის საიდუმლო მდგომარეობს ბეწვიანი არსების კანის მოქნილ მემბრანასა და მის მრავალსახსრიან ფრთებში, რაც ერთად ქმნის ფორმის ცვლის სტრუქტურას, რომელიც უზრუნველყოფს მეტ აწევას, ნაკლებ წევას და მეტ მანევრირებას.

ადამიანის ხელებივით

მწერებისა და ფრინველებისგან განსხვავებით, რომლებსაც აქვთ შედარებით ხისტი ფრთები, რომლებსაც შეუძლიათ გადაადგილება მხოლოდ რამდენიმე მიმართულებით, ღამურის ფრთა შეიცავს ორ ათეულზე მეტ სახსარს, რომლებიც დაფარულია თხელი ელასტიური მემბრანით, რომელსაც შეუძლია გაიჭიმოს ჰაერის დასაჭერად და წარმოქმნას აწევა სხვადასხვა გზით. ვიდეო].

ეს აძლევს ღამურებს არაჩვეულებრივ კონტროლს სამგანზომილებიან ფორმაზე, რომელსაც მათი ფრთები იღებენ ფრენის დროს, განმარტა სვარცმა.

„მწერებს შეუძლიათ სახსრის გადაადგილება მწერის ეკვივალენტის მხრის გასწვრივ, მაგრამ ეს არის ერთადერთი ადგილი, სადაც მათ შეუძლიათ ძალის მოზიდვა და მოძრაობის კონტროლი“, - თქვა მან. ფრინველებს ბევრი სახსარი აქვთ ფრთებში, მაგრამ ეს არაფერია ღამურებთან შედარებით.

„ღამურები მუშაობენ იმავე ჩონჩხით, რაც ჩვენ გვაქვს. ადამიანის ხელის ყველა სახსარი არის ღამურის ფრთაში და რეალურად კიდევ რამდენიმე“, - უთხრა სვარცმა. LiveScience. ”დაფიქრდით იმაზე, თუ რა ხარისხზე გვაქვს კონტროლი ხელების ფორმაზე – ღამურები ახერხებენ ამის გახანგრძლივებას ფრენის დროს მასშტაბის შესანიშნავად კორექტირებაზე.”

ოდესღაც ითვლებოდა, რომ მიუხედავად ამდენი ფრთების სახსრისა, ღამურები უფრო ეფექტური იყო ფრთების სტაბილიზაციას და მათ ზევით-ქვევით ატრიალებას, როგორც შედარებით ხისტი ბალიშები, როგორც ამას ფრინველები აკეთებენ.

”რაც ჩვენ ვხედავთ, როდესაც უფრო ყურადღებით დავაკვირდებით, არის ის, რომ სინამდვილეში ეს არ არის ის, რასაც ისინი აკეთებენ”, - თქვა სვარცმა სატელეფონო ინტერვიუში. „ეს მიგვითითებს იმაზე, რომ მათ შეუძლიათ ისარგებლონ ამ უაღრესად შეკრული სისტემით ფრენის დროს ფრთის ფორმის დახვეწილი კორექტირებისთვის“.

გაჭიმული ფრთები

ღამურის ეფექტური ფრენის კიდევ ერთი გასაღები მის მაღალ ელასტიურ ფრთაშია. ქარის გვირაბის ტესტებიდან მიღებული ვიდეოები აჩვენებს, რომ ღამურის ფრთა ძირითადად გაშლილია ქვევით დარტყმისთვის პირდაპირი ფრენის დროს. მაგრამ იმის გამო, რომ მემბრანას შეუძლია უფრო მეტად მოიხვიოს და გაიჭიმოს, ვიდრე ფრინველის ფრთას, ღამურებს შეუძლიათ გამოიმუშაონ მეტი აწევა ნაკლები ენერგიისთვის.

ღამურების ფრენისას არატოქსიკური კვამლის აფეთქებით, მკვლევარებმა ასევე შეძლეს შეექმნათ ვიდეო, რომელიც აჩვენებდა, თუ როგორ მიედინება ჰაერი არსებების გარშემო, როდესაც ისინი ფრთებს ატრიალებენ.

მონაცემებმა აჩვენა, რომ დაღმასვლის დროს ჰაერის მორევი - რომელიც წარმოქმნის აწევის დიდ ნაწილს ფრთების ფრენისას - მჭიდროდ აკონტროლებს ცხოველების ფრთებს. მაგრამ ზევით, მორევი, როგორც ჩანს, მთლიანად სხვა ადგილიდან მოდის, შესაძლოა მაჯის სახსრიდან.

მკვლევარები ფიქრობენ, რომ ეს უჩვეულო ნიმუში ხელს უწყობს ღამურების ფრენის უფრო ეფექტურობას და ამას მიაწერენ ფრთის უზარმაზარ მოქნილობასა და არტიკულაციას.

მოდელი საფრენი მანქანებისთვის

დასკვნები, დეტალურადაა აღწერილი ჟურნალის 2006 წლის დეკემბრის ნომერში ბიოინსპირაცია და ბიომიმეტიკა, ვარაუდობენ, რომ ბეწვიანი ფლაერები შეიძლება იყოს კარგი შაბლონები საფრენი მანქანებისთვის.

„ღამურებს უნიკალური შესაძლებლობები აქვთ, მაგრამ მიზანი არ არის ისეთი რამის აშენება, რომელიც ღამურას ჰგავს“, - თქვა კვლევის ჯგუფის წევრმა კენი ბრეიერმა, ასევე ბრაუნის უნივერსიტეტიდან. „გვინდა გავიგოთ ღამურის ფრენა და შეგვეძლოს ღამურის ფრენის ზოგიერთი მახასიათებლის ჩართვა ინჟინერულ მანქანაში.

ღამურის ფრთების სირთულე ასევე ეჭვქვეშ აყენებს ზოგიერთ აქტუალურ თეორიას, რომელიც ამბობს, რომ ღამურები წარმოიშვნენ მფრინავი ციყვის ტიპის არსებიდან.

„ეს შეიძლება ჯერ კიდევ ასე იყოს, მაგრამ ის, რაც დღეს ვიცით, არის ის, რომ მიუხედავად იმისა, რომ სრიალი, როგორც ჩანს, შვიდჯერ განვითარდა ძუძუმწოვრებში“, - თქვა სვარცმა, „ამ ჯგუფიდან არც ერთი არ არის მჭიდროდ დაკავშირებული ღამურებთან“.


მფრინავი მწერები და მათი რობოტები იმიტატორები

მიუხედავად მისი მწირი გარეგნობისა, ბუზი პირველი კლასის საფრენი მანქანაა. მას შეუძლია შექმნას აწევა პატარა ფრთებით, რომლებიც ეწინააღმდეგება მარტივ აეროდინამიკურ წესებს. მისი ფრთების კუნთები წამში 200-ჯერ მოძრაობენ, რაც მათ პლანეტის ყველაზე სწრაფ კუნთებად აქცევს. და მას აქვს სწრაფი რეაგირება მტაცებლებზე (და გაღიზიანებულ ადამიანებზე), რაც ნებისმიერ გამანადგურებელ პილოტს შეშურდება.

წლების განმავლობაში ბიოლოგები იკვლევდნენ ხილის ბუზების, აგრეთვე ფუტკრების, კოღოების და თითების ფრენის საიდუმლოებებს. მწერების ფრენა დიდ ინტერესს იპყრობს, რადგან გვიჩვენებს ბუნების გამარჯვებას უაღრესად რთულ პრობლემაზე. "ფრენა უბრალოდ რთულია", - ამბობს ბიოლოგი მაიკლ დიკინსონი კალიფორნიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტიდან. &ldquoFlight ნამდვილად უბიძგებს ორგანიზმის დიზაინის კონვერტს.&rdquo ჰაერში გასასვლელად მფრინავ ცხოველებს სჭირდებათ ძლიერი და მაღალი რეაგირების კუნთები. მათ ასევე სჭირდებათ სწრაფი ვიზუალური სისტემები და უნიკალური სენსორული შესაძლებლობები, როგორიცაა ბრუნვის სენსორები და მაგნიტური ველის რეცეპტორები. "მფრინავი ცხოველები ვირტუოზები არიან ბევრ, ბევრ რამეში", ამბობს დიკინსონი.

მაგრამ ერთი რამ, რაშიც კოღოები და ბუზები არ არიან კარგი, არის მორჩილება. ძნელია ცხოველების იძულება კონკრეტული საქმის გაკეთებაში, ამბობს ბიომექანიკური ინჟინერი ნიკ გრავიში კალიფორნიის უნივერსიტეტიდან, სან დიეგოდან. &ldquoთუ გსურთ შეამოწმოთ, როგორ მოქმედებს ფრთის გარკვეული მოძრაობა აწევისა და წევის ძალებზე, შეგიძლიათ ჰკითხოთ ცხოველს.&rdquo ამ მიზეზით, მკვლევარები ხშირად მიმართავენ მწერების რობოტულ მოდელებს. ადრეული ვერსიები იყო მარტივი ფრთების კონსტრუქციები, მაგრამ ინჟინრები ახლა ქმნიან ავტონომიურ საფრენ აპარატებს. ეს რობო-ბუგები სრულებით არ ჰგავს რეალურს, მაგრამ ისინი გვაძლევენ ახალ წარმოდგენას იმის შესახებ, თუ როგორ შეუძლიათ მწერებს მანევრირება და როგორ რეაგირებენ ისინი შეჯახებაზე.

ცურვა ჰაერში

მწერების ფრენის გაგების ადრეული მცდელობები ცუდი დაიწყო. 80 წელზე მეტი ხნის წინ ჩატარებულმა გამოთვლებმა დაადგინა, რომ ბუმბერაზის ფრენა შეუძლებელი იყო, რადგან მისი ფრთები ძალიან მცირეა და მისი სიჩქარე ძალიან ნელია იმისთვის, რომ საკმარისი აწევა გამოიმუშაოს, რომ მისი მკვრივი სხეული მაღლა შეინარჩუნოს. ამ მსჯელობის შეცდომა იყო იმის ვარაუდი, რომ თვითმფრინავებისა და ფრინველების აეროდინამიკური პრინციპები ვრცელდება ფუტკრებზე და ბუზებზე, მაშინ როდესაც მწერები იყენებენ ფრენის სრულიად უნიკალურ სტრატეგიას.

მოძრაობა, რომელსაც მწერები იყენებენ, უფრო ახლოს არის ცურვასთან ან წყალთან ფეხებთან, ვიდრე ის, რასაც ჩვენ ჩვეულებრივ ფრენას ვთვლით. ნაცვლად იმისა, რომ ჩიტივით აფრიალებენ მაღლა და ქვევით, მწერები ფრთებს წინ და უკან მოძრაობენ. წინ დარტყმის დროს ფრთები დახრილია დაახლოებით 45°-ით ჰორიზონტალურთან მიმართებაში, რითაც ქვევით უბიძგებს ჰაერს, რომელიც ახორციელებს ზევით ძალას ან ამწევს მწერს. უკან დარტყმის დროს ფრთები ატრიალებენ 135&გრადუსამდე ისე, რომ ისინი აგრძელებენ ჰაერის დაწევას და აწევის წარმოქმნას.

თვითმფრინავისთვის დიდი ფრთის დახრილობა, ან შეტევის კუთხით, კატასტროფულია და ზედმეტად ციცაბო აწევა იწვევს მის უეცრად აწევას და სწრაფ დაცემას, მოვლენას, რომელსაც აეროდინამიკური გაჩერება ჰქვია. ძირითადი შეხედულებები, რომლებიც განმარტავს, თუ რატომ ჩერდებიან მწერები 1990-იან წლებში მწერების რობოტული წარმოდგენებით, როგორიცაა Robofly Dickinson&rsquos lab [1] და Flapper, შექმნილი ჩარლი ელინგტონის მიერ დიდი ბრიტანეთის კემბრიჯის უნივერსიტეტიდან [2]. ეს მექანიკური მოდელები ბევრად აღემატებოდა რეალურ მწერებს, მაგრამ მკვლევარებმა გამოიყენეს ხრიკები მწერების ფრენის პირობების რეპროდუცირებისთვის. მაგალითად, Robofly ფუნქციონირებდა მინერალურ ზეთში, რომელიც მიბაძავდა ჰაერის ნაკადს, რომელსაც განიცდიდა პატარა ხარვეზი. გუნდები ასევე უფრო ნელი ტემპით აფრიალებდნენ რობოტის ფრთებს, რაც აადვილებდა სითხის მოძრაობის ვიზუალიზაციას.

რობოტის ექსპერიმენტებმა გამოავლინა პაწაწინა გრიგალები, რომელსაც ეწოდება წინა კიდეების მორევები, რომლებიც წარმოქმნიან უარყოფით წნევას, რომელიც ფრთას აწვება ზევით, ისე რომ თავიდან აიცილოს სადგომი. გარდა ამისა, მკვლევარებმა შეძლეს ფრთებზე მოქმედი ძალების გაზომვა, რაც დაეხმარა მათ იმის გარკვევაში, თუ როგორ ახერხებენ მწერები სხვადასხვა მიმართულებით ფრენას, მხოლოდ მათი დარტყმის ქცევის შეცვლით. &ldquoრობოტებს უდიდესი მნიშვნელობა ჰქონდათ მფრინავი მწერების აეროდინამიკის შესასწავლად,” ამბობს ბიოლოგი ფლორიან მუიჯრესი ნიდერლანდების ვაგენინგენის უნივერსიტეტიდან.

რობოტის ამ ადრეულმა ნამუშევარმა დაეხმარა იმის ახსნას, თუ რატომ მიიღეს მწერებმა მათი უნიკალური ფრენის სტრატეგია. ჩიტისმაგვარი დარტყმა მაღლა და ქვევით შეტევის დაბალი კუთხით&mdash გამოიმუშავებს საკმარის აწევას სანტიმეტრის ზომის მწერისთვის მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ის ფრთებს ძალიან სწრაფად აფრიალებდა. თუმცა, ბუმბერაზები უკვე 250-ჯერ ტრიალებენ წამში. კოღოები წამში 600-ჯერ ტრიალებენ. &ldquoმწერები მიაღწიეს ზღვარს, თუ რამდენად სწრაფად შეუძლიათ ფრთების ააფეთქეს,&rdquo Dickinson ამბობს. ისინი აკომპენსირებენ ფრთების დახრით შეტევის მაღალ კუთხეზე, რაც უფრო მეტ აწევას უზრუნველყოფს, ვიდრე ფრინველებს შეუძლიათ. ამ მაღალი დახრის მინუსი არის ჰაერის უფრო დიდი წინააღმდეგობა ან წევა. ფაქტობრივად, მწერები იჭედებიან აწევისა და წევის თანაფარდობით მხოლოდ ერთი, რაც დაახლოებით 10-ჯერ ნაკლებია, ვიდრე ფრინველები და 100-ჯერ ნაკლები, ვიდრე თვითმფრინავები. "მწერები სასაცილოდ არაეფექტურია, როგორც მფრინავი ხელსაწყოები", ამბობს დიკინსონი. &ldquoშედეგად, ისინი უბრალოდ იწვიან საწვავში, რაც მათ მუდმივად შიმშილობს.&rdquo

Fly Mimicry

2000-იანი წლების დასაწყისში განვითარდა მწერების ფრენის ძირითადი გაგება და ინჟინერებმა დაიწყეს ბიოლოგების ჩანაწერების ამოღება, რათა დაენახათ, შეეძლოთ თუ არა მწერების ხრიკების გამოყენება სანტიმეტრის მასშტაბის რობოტების ფლაერების შესაქმნელად. შეიძლება ვინმემ იფიქროს, არის თუ არა მწერების მიბაძვა საუკეთესო ვარიანტი მათი არაეფექტურობის გათვალისწინებით. არ იქნება უკეთესი ვერტმფრენის მსგავსი მბრუნავი პროპელერი სანტიმეტრის მასშტაბის მფრინავისთვის? &ldquoგამოდის, რომ ცხოველების მსგავსად, პაწაწინა რობოტებსაც ევალებათ, თუ როგორ იცვლება ფიზიკა მასშტაბებთან ერთად,&rdquo ამბობს რობოტიკის ინჟინერი სოიერ ფულერი ვაშინგტონის უნივერსიტეტიდან (UW), სიეტლი. მბრუნავი ელექტროძრავები მშვენივრად მუშაობს დიდი რობოტებისთვის, მაგრამ მათი ზომით მცირდება, ისინი ნაკლებად ეფექტური ხდებიან საკისრებში დატრიალებული ხახუნისა და მაგნიტურ ხვეულებში სითბოს დაკარგვის გამო. ამგვარად, ფულერმა და სხვა რობოტიკოსებმა გამოიკვლიეს პიეზოელექტრული აქტივატორების გამოყენებით, რომლებიც წარმოქმნიან უკან და უკან ძალას, რომელიც მსგავსია მწერების დარტყმის მოქმედებისა.

"არ ვარ დარწმუნებული, რომ ვინმე დარწმუნებულია, რომ ბუზის მსგავსი ფრთები საუკეთესო ან ყველაზე ეფექტური მორფოლოგიაა პატარა მფრინავი რობოტისთვის", - ამბობს ფულერი. &ldquoუბრალოდ, როგორც ინჟინრებმა, უნდა ვაღიაროთ, რომ ჩვენი წარმოსახვის უნარი შეზღუდულია, ამიტომ ლოგიკურია დავიწყოთ ბიოლოგიის მიბაძვით.&rdquo

2013 წელს ფულერმა და ჰარვარდის უნივერსიტეტის Rob Wood&rsquos ჯგუფში სხვა კოლეგებმა გამოუშვეს პირველი Robobee, 3 სანტიმეტრიანი ფრთების სიბრტყით მოქცეული რობოტი [3]. ამ 80 მილიგრამიან მანქანას შეეძლო 7 წამის განმავლობაში ფრენა და კონტროლირებადი ფრენის მოძრაობების შესრულება. თუმცა, იმის გამო, რომ ბატარეები მძიმეა, მას სჭირდებოდა კავშირი ელექტროენერგიისთვის. მას ასევე არ ჰყავდა ბორტზე ტვინი, რადგან ყველა ზონდირება და ფრენის ბრძანება კეთდებოდა გარე სისტემებით.

მაგრამ ბევრი ახალი რობოტი ჰარვარდიდან და სხვა ჯგუფებიდან არ არის დაკავშირებული და შეუძლიათ გარკვეული სენსორების და მარტივი ელექტრონული კონტროლერების ტარება. მაგალითად, Fuller&rsquos-ის გუნდმა UW-ში ახლახან ააშენა 100 მილიგრამიანი, თავისუფლად მფრინავი რობოტი, რომელიც ატარებს პატარა მიკროპროცესორს, რათა აკონტროლებს ბუზის მსგავსი ფრთების რხევას [4]. მკვლევარები წარმოიდგენენ, რომ ამ პატარა ბოტების ჯგუფს ერთ დღეს შეეძლო გადარჩენილების მოძებნა წაქცეულ შენობაში, თვალყური ადევნოს დანაშაულში ეჭვმიტანილებს ან ამოისუნთქოს გაზის გაჟონვა.

&ldquoრობოტები მუდმივად უმჯობესდებიან,- ამბობს ფიზიკოსი იტაი კოენი კორნელის უნივერსიტეტიდან. მისი აზრით, რობოტების წარმატებები მეტყველებს მწერების ფრენის მოდელების სიზუსტეზე. და ldqucros-pollination-ის სახით, რობოტები გვაწვდიან ახალ წარმოდგენებს იმის შესახებ, თუ როგორ ახერხებენ მწერები ასე კარგად ფრენას.

Swat Evasion მანევრები

ერთ-ერთი ადგილი, სადაც რობოტები ბიოლოგებს ეხმარებიან, არის მწერების მანევრირება. ფრინველებისგან განსხვავებით, მწერებს საჭის კუდი არ აქვთ. ამის ნაცვლად, ისინი მანევრირებას ახდენენ ფრთების მოძრაობის მცირე კორექტირებით. მაგალითად, მისი ფრთების წინ და უკან რხევის სიგრძის შემცირებით, ბუზს შეუძლია აკონტროლოს მისი სიმაღლე, რაც არის მისი სხეულის დახრილობა ჰორიზონტალურთან შედარებით.

თავის კოლეგებთან ერთად ნიდერლანდებში, დელფტის ტექნოლოგიურ უნივერსიტეტში, მუიჯრესმა გამოიკვლია მწერების მანევრირება უკუდო, თავისუფლად მფრინავი რობოტის გამოყენებით, სახელად DelFly Nimble [5]. ეს რობოტი არ ჰგავს ბუზს და მდაშიტი 55-ჯერ დიდია და აქვს ოთხი ფრთა, ვიდრე ორი&mdash, მაგრამ მისი დაპროგრამება შესაძლებელია ბუზის მსგავსად მორიდებით მანევრებზე. &ldquoხილის ბუზები ამ მართლაც სწრაფ ბრუნს აკეთებენ, რათა თავიდან აიცილონ საფრთხე,&rdquo Muijres ამბობს. ნამდვილ ბუზებზე ადრინდელი დაკვირვებით ვარაუდობდნენ, რომ ეს შემობრუნებები წარმოიქმნება მხოლოდ გორგოლაჭის (ბანკის) და მოედანზე ცვლილებით, მაგრამ არა ბრუნვით ჰორიზონტალურ სიბრტყეში, რომელსაც ეწოდება yaw.

ამ ჰიპოთეზის შესამოწმებლად, მუიჯრესმა და კოლეგებმა გამორთეს ყვის კონტროლი DelFly-ში სწრაფი მანევრების დროს. გასაკვირია, რომ მათ დაადგინეს, რომ DelFly ავტომატურად ცურავდა, რათა თავად შეენარჩუნებინა ფრენა პირდაპირ. &ldquoგამოდის, რომ არსებობს აეროდინამიკური შეერთების მექანიზმი, რომლის მიხედვითაც, თუ თქვენ გამოიმუშავებთ სწორ ოდენობას ბრუნვისა და მობრუნების მომენტს, ეს მექანიზმი აბრუნებს თქვენს ცხვირს ფრენის მიმართულებით,” - ამბობს მუიჯრესი. როგორც ჩანს, იგივე მექანიზმი მოქმედებს ბუზებშიც. &ldquo ჩვენ ალბათ ვერ ვიპოვით ამ მექანიზმს DelFly-ის გარეშე,&rdquo ის ამბობს.

ინსპირაცია საპირისპიროში

DelFly კვლევის მსგავსად, სხვა ნამუშევარი იყენებს რობოტებს ბიოლოგიური შეხედულებების მოსაპოვებლად. ერთ-ერთი ამჟამინდელი ტენდენციაა უფრო მგრძნობიარე რობოტების დაპროექტება, რათა შეისწავლონ ქცევის განვითარება,“ ამბობს გრავიში. პრაქტიკაში ეს ნიშნავს ერთი პარამეტრის კონტროლს, როგორიცაა ფრთის დარტყმის სიხშირე, ხოლო სხვა პარამეტრებს, როგორიცაა ფრთის კუთხე, თავისუფლად აძლევენ რეაგირებას გარემოს ძალებზე. მსგავსი რობოტების არსებობა მკვლევარებს საშუალებას აძლევს შეისწავლონ უკუკავშირის მექანიზმები, რომლებიც აკონტროლებენ მწერების ფრენის ქცევას.

როგორც ამ რობოტიკით შთაგონებული ბიოლოგიის მაგალითი, Gravish მოჰყავს უახლეს კვლევას, რომელიც ათვალიერებდა იმას, თუ რა უბიძგებს მწერებს პირდაპირ ფრენაში, როდესაც ისინი დაეჯახებიან დაბრკოლებას, როგორიცაა ფანჯარა ან თანამემამულე მწერი [6]. &ldquo ამ სტაბილიზაციას რამდენს აკეთებს ტვინი და რამდენია ჩართული სხეულის მექანიკურ რეაქციაში?&rdquo გრავიშის კითხვა. ამ კითხვის გამოსაკვლევად მკვლევარებმა მოათავსეს მოქნილი ელემენტები რობოტის ფრთაში და აჩვენეს, რომ ფრთების პასიურმა რეაქციამ შეძლო წინააღმდეგობა გაუწიოს აშლილობას, ტვინის ძალა არ არის საჭირო.

დიკინსონი ნაკლებად დარწმუნებულია იმაში, რომ თავისუფლად მფრინავი რობოტები ბიოლოგიის აზრს მისცემს. "ვფიქრობ, რომ კავშირი მფრინავ რობოტებსა და მწერებს შორის საკმაოდ ზედაპირულია", - ამბობს ის. Engineers are trying to get a small machine to fly, but they aren&rsquot using muscles or neurons, so the parameters are all different. He thinks computer simulations can come closer to replicating what is going on in insect flight.

Gravish agrees that computer simulations are very powerful. But his philosophy is that you get a more intuitive understanding of a problem by creating mechanical models and seeing how they perform on their own. He also admits that engineers are still far from building a tiny robot that can fly on its own for more than a few seconds. &ldquoIt gives you a lot of appreciation for insects and how easy they make it look,&rdquo Gravish says.

Michael Schirber is a Corresponding Editor for ფიზიკა based in Lyon, France.


BugInfo Insect Flight

True flight is shared only by insects, bats, and birds. Examples of other animals that are capable of soaring are flying fish, flying squirrels, flying frogs, and flying snakes. The capacity for flight in insects is believed to have developed some 300 million years ago, and initially consisted of simple extensions of the cuticle from the thorax. The success of insects during development of flight was due to their small size. Of course, not all insects have developed wings, these including such groups as spring-tails and silverfish. Some parasitic groups are believed to have lost their wings through evolution. When wings are present in insects, they commonly consist of two pairs. These include grasshoppers, bees, wasps, dragonflies, true bugs, butterflies, moths and others. The outer pair of wings of beetles commonly are quite hard and not functional in flight. The ability to fly is not determined by the number or size of wings. Some insects with large wings, such as Dobsonflies and Antlions, are relatively poor fliers, while bees and wasps with smaller wings are good fliers. True flies are a large group of insects with only one pair of wings, although they have small balancing organs known as halteres where a second pair of wings might develop. The halteres vibrate with the wings and sense changes of direction.

Flight is one of the primary reasons that insects have been successful in nature. Flight assists insects in the following ways:

Exploring for new places to live

Flight in insects varies dramatically, from the clumsy patterns of some beetles and true bugs to the acrobatic maneuvers of dragonflies and many true flies. Flies in the Family Syrphidae (flower flies and hover flies) are capable of astounding feats, including moving forward, backward, sideways, and up and down. They can truly hover also, which is an uncommon ability in insects. Flight in insects is gained by muscles, not attached directly to the wings, that move the wings indirectly by changing the shape of the thorax.

The following records relate to the flight of insects:

Migration distance — Painted Lady Butterfly, from North Africa to Iceland, a distance of 4,000 miles.

Fastest flight in insects — Sphinx Moths, speed of 33 mph.

Fastest wingbeat — Midge, at 62,760 beats per minute.

Slowest wingbeat — Swallowtail butterfly -- 300 beats/minute.

Highest altitude — Some butterflies have been observed flying at altitudes up to 20,000 feet.

Largest wings, modern — Wingspans of some butterflies and moths are the largest of all modern insects.

Largest wings, extinct — The wingspans of fossil dragonflies, existing millions of years ago, were more than two feet.

A fascinating account of the speed of a Deer Bot fly, Cephanomvia pratti, was made by entomologist C. H. T. Townsend in 1926 by estimating the speed of the fly as it flew between mountaintops. Townsend published his findings, stating that the fly was able to accomplish a speed of 818 miles an hour. This figure has been repeated for decades, but is now believed to be quite impossible. Another common story involves the flight of bumblebees, which were studied by Antoine Magnan, a French zoologist, in 1934. His conclusions indicated that these insects could not fly at all.

Flights for food sometimes encompass distances of hundreds of miles, an example being African grasshoppers. These insects fly together in large groups, sometimes as many as 100 million individuals.

Monarch Butterflies are the best known example of flight for the purpose of migration. In the fall, Monarchs gather in great numbers and migrate across the United States to overwintering localities in Mexico. Anyone who has seen such accumulations of Monarchs will never forget the experience.

Selected References:

Armstrong, R. H. 1990. "Photographing insects in flight." American Entomologist, Volume 36, number 3.

Pringle, J. W. ს. 1957. Insect Flight. Cambridge University Press, Cambridge, Massachusetts.

Snodgrass, R. E. 1930. How insects fly. Annual Reports of the Smithsonian Institution, 1929.

Prepared by the Department of Systematic Biology, Entomology Section,
National Museum of Natural History, in cooperation with Public Inquiry Services,
Smithsonian Institution


Why do bugs fly around in circles? It seems like a waste of energy to me.

I know I am not being specific with the type of bug, but whenever I am driving or sometimes when I play slo-pitch, there are large columns of some sort of fly flying all throughout the field. Why do they do this, for such long periods and in large cylinders? I mean, wouldn't it be more energy efficient to land? They're not in their nest as far as I would presume, as they are just in open air, usually above grass, sometimes as far as 20 feet in the air in a column

It's our fault. A lot of insects use the moon as a form of guidance system. If they want to head in a constant direction they keep the moon at a constant position in their sight. This should result in straight lines. Unfortunately for them we invented electrical lighting. You might notice the circles they are rotating in, perpendicular to the centre of this circle will be a light.

It's because they think that light is the moon, and they are trying to go in a straight line. And failing.


Why insects are so energy-efficient while flying? - ბიოლოგია

საერთო სახელი: Little Brown Bat
Scientific Name: Myotis lucifugus

(Information for this species pages was gathered in part by Crystal Greenlund for Biology 220W at Penn State New Kensington inSpring Semester 2011)

The little brown bat (Myotis lucifugus) is a very common and formerly quite abundant resident of almost all of North America. Its optimal range is across the northern United States and southern Canada, but it is frequently found both far to the north and far to the south of this general distribution.

The little brown bat, as it names describes, is a small bat that is between three and five inches long weighing between one sixteenth and one half an ounce. Its wing span is nine to eleven inches. Females tend to be larger than males. The little brown bat has glossy, brown fur that is darker on its back and upper body parts and lighter on its chest and belly. Its wing membranes are also dark brown.

Image credit: Kevin Matteson, Flickr.

Activity and Roosting
The little brown bat tends to be nocturnally active except in the spring when it may fly about catching insects even during the day. Normally, during the daylight hours the little brown bat will hide and rest in its “day roost” (often spaces under roofs or eaves of buildings, or in wood piles or caves). It will emerge at sunset to begin a one to five hour feeding period and will then rest in its “night roost” which is often close to its day roost (frequently it is another part of the building or wood pile or cave in which the day roost is located). This night roost, though, allows the bats to pack very tightly together to help them stay warm in the cool, nighttime temperatures, and also enables the bats to deposit their feces (which can attract predators) away from their day roosts. Roosting seems to be a gender specific activity. Females form large, colonial roosts for both their day and night and nursery roosts, while males tend to roost individually or in much smaller groups.

Vocalization
Little brown bats can fly up to twenty miles per hour and use self-generated, high frequency sounds and echolocation to both avoid collisions while flying and also locate their flying insect prey. These high frequency vocalizations are inaudible to humans.

Diet
Little brown bats eat large numbers of flying insects (including midges, mosquitoes, caddisflies, mayflies, lace wings, moths, and beetles) during their nocturnal feeding periods. Females, especially if they are lactating and feeding a pup, may eat up to one hundred and ten percent of their body weight in insects during a feeding period. A single bat will eat between three hundred to three thousand insects a night according to the Penn State Newswire (June 3, 2013). A million bats, according to the Wisconsin Bat Monitoring Program, eat six hundred and ninety-four tons of insects a year! That's a lot of mosquitoes and potential crop pests! The Penn State Newswire article cited estimates that a farmer in a bat-deprived world would have to spend between four and five thousand dollars a year on pesticides just to achieve the insect pest control that the bats had provided for free.

A little brown bat may directly capture a flying insect in its teeth, or it may use its wings and tail to scoop insects out of the air and then transfer them to its mouth. Bats seem to concentrate on a specific type of insect during each of their hunting events. Possibly the techniques used to capture specific kinds insects differ and the bat gains a greater level of efficiency by utilizing a single hunting/capturing strategy at a time. Many of the insects taken by the little brown bat have aquatic life stages, and, so, it is not surprising that little brown bats often roost and hunt near streams and ponds. Individual bats tend to have specific hunting areas and specific flight pathways between their roosts and these hunting territories. They are not, however, aggressively territorial with regard to these hunting zones.

Winter torpor
Little brown bats must find refuges within which they withstand the stresses of winter. These “hibernation roosts” are typically caves, rock fissures, or abandoned mines. The bats respond to a variety of environmental cues (shortening day length, cooling temperatures, and decreasing abundances of insect prey) and prior to the extreme onset of cold weather, make their short migrations to their caves where they enter a torpid, low metabolic rate state. The caves need to maintain temperatures around forty degrees F and have a high relative humidity in order to allow the fat reserves of the bat to carry it through to the spring. Unfortunately, these cool, humid conditions are also optimal for the growth of many species of fungi including Geomycus destructans the fungus that causes the disease called “white nose syndrome.”

White Nose Syndrome
A little brown bat relies on its accumulated fat reserves not only to live through the winter but also to have the energy in the spring to mate upon emergence from their hibernation caves and then fly to their summer roosting and hunting ranges. The fungus that causes white nose syndrome irritates the bat during its winter torpor causing it to wake up and become active at inappropriate times. This wastes precious metabolic energy and can result in the death of the bat. This fungus not only affects little brown bats but also five other bat species! It is estimated that millions of bats have died because of this fungal infection since it was first detected in 2006. This fungus has been detected in twelve states and two Canadian provinces. The control of this fungus and the stabilization of the hibernation roosts for these bats is critical to the survival of this and several other bat species.

Mating and Reproduction
The life cycle of the little brown bat begins at emergence from hibernation. Emerging males and females mate repeatedly and with multiple partners prior to flying to their summer roosting areas. The pregnant females group together in a nursery roost that is notable for its warm temperatures (pregnant females are not able to thermoregulate very efficiently). After fifty to sixty days gestation each female gives birth to a single pup. The pup will cling to the mother and even go out on her feeding flights tightly attached to her fur. Soon, though, the pup gets too large for these free rides and must remain in the nursery roost where it is cared for and fed by the mother. Pups are weaned in three or four weeks and then they join the females on their nightly forays and in both their day and night roosts. Females become sexually mature around nine months and males become sexually mature at one year of age. A little brown bat, especially if it survives its first winter, may live twenty or even thirty years.

Predators
Little brown bats are preyed upon by many roost predators. Weasels, raccoons, rats, mice, many species of snakes, and domestic cats readily take roosting little brown bats for prey. During flight, hawks and owls also kill and eat little brown bats. Also, martens and fishers have been observed feeding on hibernating little brown bats.

/> This site is licensed under a Creative Commons License. View Terms of Use.


Insects Are Dying Off at an Alarming Rate

Ecosystems can’t function without the millions of insects that make up the base of the food chain, and a new review in the journal Biological Conservation suggests human activity and climate change are chiseling away at those foundations.

The new study shows 41 percent of insect species have seen steep declines in the past decade, with similar drops forecast for the near future. It’s estimated that 40 percent of the 30 million or so insect species on earth are now threatened with extinction.

Previous studies have looked at smaller areas, with a 2017 study showing 76 percent of flying insects had disappeared from German nature preserves and a study last fall that showed insect populations in pristine rainforest in Puerto Rico have also seen precipitous declines, dropping a factor of 60. This new study, however, looks at 73 studies about insect decline from around the globe. Though most focus on North America and Europe, and it is the first attempt at quantifying the global impact.

Brian Resnick at Vox reports that the individual numbers are sobering. Lepidoptera, the order of insects that includes butterflies, which are often the canary in the coalmine for ecosystem problems, have declined by 53 percent. Orthoptera, which include grasshoppers and crickets, are down about 50 percent, and about 40 percent of bee species are now vulnerable to extinction. Many other orders of insects have seen similar drops.

“We estimate the current proportion of insect species in decline . to be twice as high as that of vertebrates, and the pace of local species extinction . eight times higher,” the review states. “It is evident that we are witnessing the largest [insect] extinction event on Earth since the late Permian and Cretaceous periods.”

Marlowe Hood at AFP reports that the impacts on the ecosystem are already being felt. In Europe, over the past 30 years bird populations have declined by 400 million, likely a casualty of the huge decline in flying insects. But birds, lizards, bats and plants aren't the only species that will suffer if insects continue to decline. Hood reports that 75 of the top 115 global food crops depend on insect pollination.

“There are hardly any insects left—that's the number one problem,” Vincent Bretagnolle, an ecologist at French National Centre for Scientific Research says.

The causes are not surprising, and have all been on the radar for decades. Deforestation, agricultural expansion and human sprawl top the list. The wide use of pesticides and fertilizer as well as industrial pollution are also taking massive tolls. Invasive species, pathogens and climate change are also getting punches in.

“It is becoming increasingly obvious our planet's ecology is breaking and there is a need for an intense and global effort to halt and reverse these dreadful trends” Matt Shardlow of the U.K. advocacy group Buglife tells Matt McGrath at the BBC. "Allowing the slow eradication of insect life to continue is not a rational option.”

In an editorial, The Guardian points the finger squarely at us:

“The chief driver of this catastrophe is unchecked human greed. For all our individual and even collective cleverness, we behave as a species with as little foresight as a colony of nematode worms that will consume everything it can reach until all is gone and it dies off naturally,” they write. “The challenge of behaving more intelligently than creatures that have no brain at all will not be easy.”

Perhaps counterintuitively, the report states that before the insect apocalypse is complete, some areas may see insects flourish. While climate change is making the tropics much hotter and pushing insects to extinction, warming in more temperate zones are making theses areas more hospitable for certain insect species, including flies, mosquitoes, cockroaches and agricultural pests.

“Fast-breeding pest insects will probably thrive because of the warmer conditions, because many of their natural enemies, which breed more slowly, will disappear,” Dave Goulson from the University of Sussex, not involved in the study, tells the BBC’s McGrath. “It’s quite plausible that we might end up with plagues of small numbers of pest insects, but we will lose all the wonderful ones that we want, like bees and hoverflies and butterflies and dung beetles that do a great job of disposing of animal waste.”

So what can be done to stop the global arthropod apocalypse? The solutions sound familiar for anyone following the various environmental catastrophes unfolding across the globe. Reduce habitat destruction and begin a program of intensive ecological restoration. Face climate change head on. Drastically reduce pesticide use and redesign agricultural systems to make them more insect-friendly.

“Unless we change our ways of producing food,” the authors write, “insects as a whole will go down the path of extinction in a few decades.”

About Jason Daley

Jason Daley is a Madison, Wisconsin-based writer specializing in natural history, science, travel, and the environment. His work has appeared in Discover, Popular Science, გარეთ, Men’s Journal, and other magazines.