Как летающие пчёлы совершают идеальные повороты?
Резкий поворот на скорости создаёт центробежную силу, которая может нарушить равновесие и контроль. Поэтому люди и животные обычно замедляются перед поворотом. Лаборатория профессора Мандьяма Шринивасана впервые математически проанализировала взаимосвязь между скоростью, кривизной и центробежной силой в этом явлении.
Пчёлы поддерживают постоянную центробежную силу при повороте
Исследование аспиранта Махадисвары Мандияма и профессора Шринивасана из Квинслендского института мозга (UQ) использовало высокоскоростную многокамерную систему для съёмки пчёл, кружащих у входа в улей, когда он был временно заблокирован (образовалось «облако пчёл»).
Этот эксперимент в условиях, близких к реальным, позволил изучить поведение пчёл при избегании столкновений. С помощью векторного исчисления были вычислены скорость, ускорение и резкость поворотов пчёл.
Учёные обнаружили, что скорость пчёл уменьшается при входе в поворот и увеличивается при выходе из него. Это математически подтверждает наблюдения за поведением других животных, таких как плодовые мушки, летучие мыши и лошади.
Ключевой вывод: пчёлы способны поддерживать практически постоянное центростремительное ускорение во время поворота, независимо от его резкости или скорости полета. Это минимизирует влияние центробежной силы на траекторию их полета.
Пчёлы замедляют скорость, чтобы поддерживать постоянные силы
Исследователи предположили, что это постоянное центростремительное ускорение — результат активных усилий пчёл по уменьшению «бокового скольжения» (потери контроля из-за избыточной центробежной силы) за счёт управления скоростью.
«Когда пчела совершает поворот, она разумно снижает свою скорость таким образом, чтобы испытываемая ею центробежная сила всегда была постоянной», — сказал г-н Мандиям.
«Чем резче поворот и чем быстрее летит пчела, тем больше центробежная сила; пчела решает эту проблему, замедляясь на более крутых поворотах».
Интересно, что пчёлы не показали предпочтения к левым или правым поворотам. Также было обнаружено, что величина ускорения во время плановых поворотов и при близких столкновениях с другими пчёлами примерно одинакова, то есть динамика поворотов не зависит от контекста.
На пути к созданию лучшего управления полётом
Изучение моделей полёта пчёл может быть использовано для внедрения в авиационных роботах и наземных транспортных средствах с улучшенными системами управления и навигации.
«Наша главная цель — понять, как пчёлы избегают столкновений... Эти знания можно использовать в робототехнике, а также в авиации и наземном транспорте», — отметил г-н Мандиям.
«Мы можем применить наши знания о том, как пчёлы выполняют скоординированные повороты, чтобы избежать бокового скольжения в воздушных и наземных транспортных средствах».
Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.