Навигация комара помогла создать новый беспилотник

Природа продолжает вдохновлять ученых на создание потрясающих технологических решений. Способность комаров ориентироваться и аккуратно приземляться в темноте была использована при создании новой сенсорной системы для воздушных дронов. 

Комар - прирожденный мастер "мягкой посадки"
Комар – прирожденный мастер “мягкой посадки”

Зачастую человек не замечает, когда на него садится комар, не ощущает его прикосновения. Многие полагают, что виной тому – малый вес насекомого, но это верно лишь отчасти. Если бы легкий комар на полном ходу врезался в человека, то он бы все равно ощутил удар, несмотря на малую массу насекомого. Не ощущается комар только потому, что он – прирожденный мастер мягкой посадки. Причем садится он 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.

У комара присутствует огромный набор механических сенсоров, что позволяет ему дистанционно чувствовать препятствия без использования глаз. 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.

Ученые сделали высокочастотную запись полета комара
Ученые сделали высокочастотную запись полета комара

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.