Крошечный жук удивил ученых полетом со сверхскоростью

Если говорить о полете насекомых, то когда крылья сжаты, сила трения пересиливает энергию полета. Когда крылья уменьшаются, трение воздуха поглощает энергию полета - вот почему стрекозы парят, в то время как мухи-журчалки порхают. Однако жук размером с песчинку переворачивает этот принцип с ног на голову.

Жук-олень (Paratuposa placentis) длиной менее полумиллиметра меньше некоторых одноклеточных амеб. При таких размерах воздушная среда превращается в сироп, и ученые сначала считали, что жуки просто дрейфуют, куда их заносит ветер. Однако новый анализ, опубликованный в журнале Nature, показывает, как они используют легкие крылья, чтобы не отставать от видов, втрое превосходящих их по размерам.

Эти жуки обладают щетинистыми, похожими на перья крыльями. Эти пористые придатки мягкие и производят гораздо меньше трения, чем стандартные перепончатые крылья, которые есть у мух, что помогает жукам передвигаться. По словам авторов нового исследования, ряд видов насекомых, в том числе паразитические осы, при уменьшении размеров развили родственные крылья, однако эти жуки используют ранее неизвестный метод для создания своих огромных летательных способностей.

В 2017 году специалисты собрали этих жуков из кусочков грибов в джунглях Вьетнама. Чтобы запечатлеть бесконечно малые схемы полета жуков, экспериментаторы поместили их в прозрачную камеру и снимали двумя высокоскоростными камерами со скоростью почти 4000 кадров в секунду в ходе целого ряда проверок. Они использовали эти записи для создания 3-D модели миниатюрного жука и расчета его аэродинамики.

По словам соавтора исследования Дмитрия Коломенского, физика, изучающего механику жидкостей в Сколковском институте науки и технологий, сотрудники обнаружили, что вместо того, чтобы хлопать крыльями вверх-вниз, пернатые жуки делают петли в виде "исключительной" восьмерки. После того, как щетинистые крылья разворачиваются из защитной оболочки, называемой надкрыльями, они зеркально отражают друг друга при движении, хлопая друг о друга перед и за насекомым - Коломенский говорит, что это движение напоминает избыточную модель плавательных гребков, таких как баттерфляй. Надкрылья стабилизируют жука и его мельтешащие крылья, не давая ему вращаться.

Сходство образца с плаванием значительно заинтриговало Арвинда Сантанакришнана, инженера-механика, изучающего аэродинамику крошечных жуков в колледже штата Оклахома. "Иногда подобное плавание наблюдается у мелких водных ракообразных, таких как водяные блохи", - говорит Сантанакришнан, который не принимал участия в исследовании. "Было довольно удивительно увидеть, что крошечные жуки-пернатые используют подобную технику для передвижения".

Коломенский и его коллеги надеются, что в качестве примера можно привести модели полета других, таких же крошечных жуков. Они утверждают, что их выводы могут повлиять на то, как инженеры сокращают ноу-хау в области полетов - хотя Коломенский признает, что для создания беспилотника с пропорциями пернатого жука может потребоваться серьезный инженерный подвиг.

"Скорее всего, он не будет таким маленьким", - говорит он. "Однако это еще предстоит исследовать".