Новое понимание полета насекомых ведет к стабильным роботам с машущими крыльями

Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences. Ученые более десяти лет пытались понять, как нейронные цепи плодовых мушек управляют устойчивостью. В новой модели они упростили трехмерную симуляцию, выделив ключевые физические параметры: соотношение массы крыла и тела, нагрузку на крыло, положение шарнира крыла, частоту взмахов и амплитуду. Совместно они образуют пятимерное морфологическое и кинематическое пространство. Анализ результатов позволил вывести две явные формулы, которые дают простой показатель устойчивости. Они учитывают взаимодействие между инерцией крыла и телом, порождающее состояние антирезонанса. Это позволяет машущему аппарату контролировать колебания и оставаться в воздухе, то есть быть пассивно устойчивым даже при возмущениях воздуха.

Удивительно, что многие формы машущего полета обладают пассивной устойчивостью, тогда как ранее считалось, что большинство насекомых неустойчивы и нуждаются в нервном контроле. Теперь исследователи могут предложить конкретный принцип для создания устойчивых роботов с машущими крыльями. Вместо сложных систем обратной связи достаточно подобрать форму и частоту взмахов по двум правилам, чтобы аппарат был стабилен сам по себе. Модель также открывает новые количественные методы для классификации крылатых животных и изучения их эволюции.