Прогресс

Почему бабочки порхают?

Дэвид Кетчпул

Думали ли вы когда-нибудь о том, что бабочки, со своим порывистым порхающим полётом, являются "примитивным" и неумелыми летающим насекомыми? В конце концов, если сравнить крылышки бабочки с прекрасно обтекаемыми "летательными" крыльями птиц и самолётов, то они ничуть даже и не выглядят аэродинамическими.

И в самом деле, ещё 10 лет назад, традиционные законы аэродинамики не могли объяснить, каким образом насекомые, включая бабочек, вообще могут летать,1 не говоря уже о таких мастерских маневрах, которые они проделывает на маленьких скоростях — парят, летают назад и в стороны, сохраняя при этом полный контроль полёта (См. Великолепные мигрирующие бабочки монархи, Необъяснимый метаморфоз бабочки,Мистер Бабочки: интервью с фотографом Лоу Моссом).

Однако за последнее десятилетие исследователи обнаружили множество "нетрадиционных" способов, которые бабочки, эти лёгкие воздухоплаватели, используют для того, чтобы находиться в воздухе.2 Например, одно особое движение взмаха бабочки создаёт вихревой воздушный поток (вортекс) на краях крылышка, генерируя часть подъемной силы, которую "традиционная стационарная аэродинамика" не в состоянии была объяснить.3 (См. Бабочки: нарушают законы аэродинамики?, Удар бабочки).

Но после того как исследователи сняли на плёнку и детально изучили полёт бабочки адмирала в "аэродинамической трубе", их удивил целый ряд сложных движений крылышка бабочки, которые позволяют генерировать больше подъемной силы, чем простое махание: "захват попутного воздушного потока, два различных типа вихревого потока (вортекса) на передней кромки крыла, активные и неактивные движения вверх". И всё это в дополнение к использованию бабочкой вращательных движений и механизма "хлопок-флинг" Вайса - Фогга.4 Но более удивительным было то, что бабочка адмирал часто использовала совершенно разные механизмы при каждом последующем взмахе крылышка!

Теперь мы понимаем, что бабочки порхают не потому, что они "примитивные", а потому что они выбирают каждый взмах крыла из имеющегося набора поворотов, шлепков, хлопков и бросков. Говоря словами исследователей, "трепетное порхание бабочки – это не беспорядочное, неуправляемое блуждание в воздухе, а результат мастерства во множестве аэродинамических механизмах". Неудивительно, что бабочки настолько хороши во взлетах в воздух, маневрировании, сохранении ровного полёта и приземлении. (Бабочки также хороши в работе со светом. Смотрите: Бабочки первыми изобрели светодиоды, Бабочки: Божья радуга в живом цвете, Прекрасные черные и синие бабочки).

Аэроинженеры мечтают скопировать эти механизмы, например, для создания шпионских роботов "насекомых"5, однако им ещё очень далеко до того, когда они смогут подражать удивительным способностями бабочек.6

Например, разработка программного обеспечения в летательном аппарате, созданном руками человека, требует долгих лет человеческих усилий и мощных компьютерных микросхем для её осуществления. Было подсчитано, что центр управления полётом в мозгу мухи насчитывает около 3000 нейронов, что "даёт насекомому меньше вычислительных возможностей, чем обычному тостеру. И всё же это насекомое проворнее в своих движениях, чем летательные аппараты, которые оснащены сверхбыстрой цифровой электроникой". Итак, как же насекомые осуществляют управление полётом при таком широком диапазоне пилотажных способностей?8 Один комментатор заметил, "Если инженерам когда-нибудь удастся понять, как работают эти механизмы, то произойдет революция в аэронавтике".7(См. Бабочки монархи и навигация).

Но есть один инженер, который знает и понимает. Он - Тот, который необычным образом соединил эти летающие чудеса с самого начала — Господь, Создатель неба и земли, и всего, что в них.