غالبًا ما تستخدم ذباب الفاكهة (المعروفة أيضًا باسم ذبابة الفاكهة) كمواضيع بحثية في مجال علم الوراثة. ليس الأمر كذلك، فإن ذباب فريق البحث بجامعة كاليفورنيا للتكنولوجيا (كاليفورنيا) يعد نموذجًا لأبحاث الطيران.
بواسطة: مايا جيفون
غالبًا ما تستخدم ذباب الفاكهة (المعروفة أيضًا باسم ذبابة الفاكهة) كمواضيع بحثية في مجال علم الوراثة. ليس الأمر كذلك، فإن ذباب فريق البحث بجامعة كاليفورنيا للتكنولوجيا (كاليفورنيا) يعد نموذجًا لأبحاث الطيران.
وفي دراسة نشرت مؤخرا في مجلة Proceedings of the National Academy of Science، تم نشر رؤى جديدة فيما يتعلق بقدرة الذباب على الحفاظ على سرعة ثابتة بالنسبة للأرض، حتى في ظروف الرياح المتغيرة. وتنسب النظرة السائدة إلى عيون الذباب المعقدة -وكذلك الحشرات الطائرة الأخرى- الدور الرئيسي في التوجه المكاني، وبالتالي أيضا في التحكم والسيطرة على الطيران، بما في ذلك الحفاظ على سرعة ثابتة وضبط السرعة بما يتناسب مع مقاومة الرياح. . ومع ذلك، فقد أسفرت التجارب الأخيرة عن نتائج مذهلة.
تم وضع الذباب في مختبرات كال تيك في كاليفورنيا في نفق هوائي، وتم تصويره في أي وقت بواسطة خمس كاميرات، ومن زوايا مختلفة. قامت الكاميرات بتغذية البيانات إلى جهاز كمبيوتر كانت مهمته تحليل حركة الذباب (الاتجاه، السرعة، التسارع، وما إلى ذلك). عندما تعرضوا لموجات من الرياح السريعة، بسرعة نصف متر في الثانية، أظهروا سلوكًا معاكسًا لما كان متوقعًا: في اللحظة الأولى، تسارعوا عندما ظهرت الرياح خلفهم، أو أبطأوا إذا هبت الرياح. أمامهم. وبعد ذلك مباشرة، تم تصحيح حركتهم وعادوا إلى سرعة ثابتة ومضبوطة.
ويرى فريق الباحثين أن القوة الحسابية التي يتطلبها النظام البصري كبيرة للغاية وبالتالي بطيئة نسبيًا - وتساءل عما إذا كان هناك مستشعر إضافي يعوض التأخر في استجابة النظام البصري. وتم اكتشاف المحلول في مخالب الذباب. وفي تجربة أخرى، ظل الذباب بعد إزالة مخالبه يتسارع مع اتجاه الريح، لكنه أظهر عدم القدرة على العودة والحفاظ على سرعة ثابتة بالنسبة إلى الأرض.
ولدراسة دور النظام البصري بشكل منفصل، صمم الفريق تجربة تم فيها عرض رسوم متحركة على جدران نفق الرياح بسرعة كان من المفترض أن تخدع الذباب إلى التفكير في عدم وجود تغيير في سرعة الرياح. وفي هذه التجربة أيضًا، تفاعل الذباب مع تغير مفاجئ في التسارع مع اتجاه الريح، لكنه لم يتمكن من العودة إلى سرعة ثابتة.
ومن هذا استنتج الباحثون أن مستشعرات الرياح الموجودة في مخالب الذباب هي المسؤولة عن الاستشعار والاستجابة السريعة للتغيرات في سرعة الرياح، في حين أن المعلومات الواردة من نظام الرؤية المتأخرة تساعدهم على العودة إلى سرعة ثابتة والحفاظ عليها مع مرور الوقت. توجد في الواقع آلية للتعويض والادخار هنا: فبدلاً من الاعتماد فقط على نظام الرؤية "المكلف" والبطيء، تم تقسيم مسؤولية الوظيفة إلى جهاز استشعار آخر أبسط وأرخص بكثير، والذي يقع على مخالب ويوفر استجابة محددة وسريعة لحاجة محدودة.
قد يكون هذا النموذج مصدر إلهام لبناء روبوتات طائرة صغيرة، حتى في حالة الحفاظ على سرعة ثابتة يمثل تحديًا يتطلب أجهزة استشعار، بعضها يتطلب قوة حاسوبية كبيرة ويبطئ النشاط. قد يؤدي استخدام مستشعر بسيط إضافي لحساب هذه الوظيفة إلى حل المشكلة.
المزيد عن نفس الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 14
ls
إذن بعض الإصلاحات الصغيرة.
هناك عدة سرعات في الطائرة. ما تراه على عداد السرعة هو IAS، أي السرعة الجوية المعروضة. تحتوي بعض الطائرات على طاولة على الجانب للمعايرة، CAS، وهي السرعة المُعايرة. إنها أقل إثارة للاهتمام في الطائرات الجديدة. IAS هي السرعة التي تهم خصائص الطيران، وهي تعتمد بشكل مباشر على كثافة الهواء. هناك أيضًا TAS، وهي السرعة الحقيقية للطائرة وهي بالكاد مثيرة للاهتمام. لحساب TAS تحتاج إلى درجة حرارة خارجية. هناك رقم ماخ، لأنه مثير للاهتمام، على سبيل المثال، في التسلق الأمثل. على سبيل المثال، أنا معتاد على التسلق بهذه الطريقة: الحفاظ على سرعة الآلة 350 عقدة حتى 0.90 ماخ ثم الحفاظ على سرعة ماخ ثابتة.
وهناك أيضًا نظام EAS الذي يقوم بتصحيح كثافة الهواء وليس درجة الحرارة، لكن هذا لا يهم الطيار. وهناك السرعة الأرضية وهي مهمة للملاحة.
ISA دولية وتهتم بالرحلات التجارية. فوق ارتفاع معين، يمكنك التبديل إلى ارتفاع QNE، والذي يعتمد على ISA.
عند الإقلاع، لا تحتاج إلى طلب QNH، ما عليك سوى معايرة ارتفاع المجال على الساعة. يمكنك الحصول على ارتفاع QNH من البرج عندما تنضم إلى منطقة الهبوط، لأن ارتفاعات النموذج تعتمد على هذا الارتفاع.
وفيما يتعلق بالذبابة، فأنا أتفق تماما.
ريال عماني، اختفت كثافة الهواء بالنسبة لي ردا على ذلك. يجب إضافة منجم إلى الضغط الديناميكي ومعادلة الغاز.
أتمنى لك رحلة سعيدة.
معجزات,
شكرا على العرض. المنيرة ومثيرة للاهتمام.
لكن دعونا نستمر في الدقة.
ثالث. أنت تقلل من قيمة أنبوب البيتوت، اسمح لي أن أدافع عن كرامته. حتى على حساب المتاعب.
يأخذ أنبوب البيتوت بطبيعته كثافة الهواء ودرجة الحرارة في الاعتبار نظرًا لأن الضغط هو RsT ῥ = P، مما يعني كثافة الهواء (التي تتغير مع الارتفاع اعتمادًا على درجة الحرارة في ذلك اليوم) مضروبة في ثابت الغاز المحدد، مضروبًا في درجة الحرارة [ك].
علاوة على ذلك، يتم تصحيح سرعات EAS وCAS بواسطة الجذر التربيعي لنسبة كثافة الهواء عند مستوى الأرض مقسومة على كثافة الهواء عند مستوى الطيران.
وأيضًا تستمد السرعة في النهاية من الضغط الديناميكي v^2ῥ = 2Pd كما ذكرت. (الصيغ لا تظهر بشكل جيد في Talkback)
لماذا يعتبر كل هذا مهمًا، أولئك الذين يخططون لرحلة تتطلب عددًا مكونًا من رقمين من الساعات وتكرار لعبة البنغو بالوقود، يحتاجون إلى فهم ما هي السرعة الأكثر فعالية بالنسبة للنطاق في ظل ظروف ذلك اليوم وليس شروط ISA الأوروبية.
ولكن هناك طيارين يمكنهم التزود بالوقود في الهواء ولا يضطرون إلى الطيران على الحافة والبحث عن NCA طوال الطريق :).
يمكن أيضًا للاختلافات بين فوهات الضغط الساكنة المنتشرة حول البيتوت أن تعطي معلومات حول زاوية الانزلاق وزاوية الهجوم.
علاوة على ذلك، قبل الإقلاع، يُطلب ضغط QNH من مراقب الحركة الجوية "لتصحيح" الارتفاع الجوي الذي تم الإبلاغ عنه مرة أخرى... فيتو، بحيث يطير كل من في المجال الجوي على نفس ارتفاع الضغط.
بعد ركوب الأمواج الخفيف سنعود إلى زفوب. يبدو لي أن وظائف اكتشاف تغيرات سرعة CAS وزاوية الانزلاق يتم تنفيذها بواسطة الذبابة باستخدام المجسات.
يتم التحكم في الارتفاع بالرجوع إلى الخطوط الأفقية في البيئة وأقل من ذلك من خلال الحفاظ على معدل الحركة الزاوي فوق الأرض. وهنا شريط فيديو يوضح ذلك.
https://www.youtube.com/watch?v=P4FDRqz3f0k
بعد قليل، سنتمكن أيضًا من التحكم في تغيرات المعدل (ربما لا يكون هناك) والتسارع (يوجد مقياس التسارع خلف الجناح).
رابع. على عكس الطائرة، ربما تكون انقطاعات التدفق أقل إزعاجًا للذباب لأن اللزوجة تلعب دورًا مهيمنًا (رقم رينولدز المنخفض) في معدلات رفرفة الأجنحة وحجم الجناح. ويبدو أن الذبابة، حسب بعض الفيديوهات التي وجدتها على النت، لا تعتمد إطلاقا على ثني الجناح لإنتاج قوة رفع مثل الطائرات أو الطيور، بل تنتج دوامة حافة أمامية. شاهد فيديو TED من الدقيقة 3:00
https://www.youtube.com/watch?v=e_44G-kE8lE
ال. بالطبع أنت على حق في التعريف، قصدت أنه في النهاية تقوم الذبابة بتوجيه ناقل الرفع لتزويدها بكل من الدفع والرفع، إيجابيًا أو سلبيًا. والأحذية، أنا رجل متزوج وقد رأيت الأحذية تطير في الغالب في اتجاهي.
و. الاستقرار - تقصد التحكم في الطيران، وأعني هامش الاستقرار الثابت أو الديناميكي.
ز. لست متأكدًا من مقاطع الفيديو، ولكن يبدو أن هناك وضع طيران يرفرف لأعلى ولأسفل يشبه إلى حد ما الطيور، ووضع طيران للرفرفة والرفرفة العكسية. يتم استخدام أحدهما للتقدم السريع للأمام والآخر للتحليق والمناورة. ربما يكون معدل العينة في مقاطع الفيديو ليس بالسرعة الكافية وكلاهما متماثل…
ح. وأعتقد أن هذا هو جوهر الموضوع، فكيف يعمل التحكم في طيران الذبابة؟
يتحكم التحكم المتقدم في ست درجات من الحرية - ثلاثة اتجاهات خطية وثلاثة اتجاهات زاويّة. في كل محور، يتم التحكم في الحالة، والمعدل هو مشتق من الحالة، والتسارع هو مشتق ثان من الحالة. يضيف Mahedrin أيضًا Jerk & Snap، وهو مشتق رابع وخامس على التوالي، وهو ممتاز لجميع أنواع المناورات الحادة والعواصف الحادة.
من يعرف كيفية التحكم في الطيران بدون أنظمة جيروسكوبية، بدون FOG أو LRG أو MEMS أو VGU أو RGU أو GPS وغيرها من المساعدات التكنولوجية.
يتم التحكم في الوضع الزاوي وسرعة الأرض والارتفاع عن طريق الرؤية
المعدل الزاوي، على ما يبدو لا يوجد سيطرة
التسارع الزاوي باستخدام الرسن خلف الأجنحة
والتسارع الخطي النسبي باستخدام فرضيات حول اللوامس.
وهو يقوم بذلك بمعدل أخذ عينات يبلغ 200 هرتز تقريبًا، مرة في الثانية، 5 مللي ثانية بين العينات، مع وزن ضئيل. بديع.
عساف
أفهم أنك تعرف أكثر مما يعرفه الخبراء في هذا المجال.
لا أعتقد أنك فهمت المقال...
لقد اكتشفت حقًا أن المخالب تساعد أثناء الطيران. ربما لو قرأ العلماء المحترمون الدراسات سيكتشفون أنهم كانوا يعرفون عنها بالفعل منذ أكثر من 100 عام. على سبيل المثال، العضو الأكثر شهرة في المستشعر الذي يقيس السرعة يسمى عضو جونستون.
ls
يوجد تفسير جميل لهروب الحشرات هنا - http://web.neurobio.arizona.edu/gronenberg/nrsc581/powerpoint%20pdfs/flight.pdf
ls
لنكن دقيقين…
ج) يستخدم أنبوب البيتوت حصرا لقياس الضغط الكلي. بالإضافة إلى ذلك، هناك فتحات ثابتة لقياس الضغط الساكن - والفرق بينهما هو الضغط الديناميكي. يعطي الضغط الديناميكي سرعة هوائية للأداة (IAS أو CAS). بمساعدة مقياس درجة الحرارة (الذي لم يكن جزءًا من نظام بيتو) من الممكن حساب سرعة الهواء الحقيقية. لا توجد وسيلة لمعرفة كيف هي الرياح في الطائرة - إلا بمساعدة نظام الملاحة بالقصور الذاتي (و/أو نظام تحديد المواقع العالمي).
والأكثر من ذلك - أن الرفع - في الطائرة ذات الأجنحة الثابتة فقط - يعتمد على سرعة الجهاز، وليس السرعة الحقيقية وبالتأكيد ليس السرعة الأرضية (التي تأخذ في الاعتبار الريح).
د) ما تقوله هنا ليس صحيحا على الإطلاق. توفر حركة الأجنحة كلا من الرفع والدفع. لذلك، لا تحاول الأجنحة العثور على الزاوية المثالية للهجوم - فهي تحاول تحريك الذبابة حيث تريد. وبشكل عام، تختلف الديناميكا الهوائية أثناء طيران الحشرات كثيرًا عن الديناميكا الهوائية للطائرات. تعتبر مسألة الدوامات برمتها أكثر تأثيرًا، على سبيل المثال، بسبب سرعة الطيران المنخفضة (وحتى الطيران للخلف).
هـ) زاوية الهجوم هي الزاوية بين وتر الجناح وجريان الهواء اللحظي. لا مكان ولا حذاء..
و) فيما يتعلق بالثبات - تتمتع الذبابة ببراءة اختراع مختلفة تمامًا - المثبتات الجيروسكوبية. وهو مشابه لما تحتويه المروحيات الصغيرة التي تباع في متاجر الألعاب. أنا شخصياً طرت لسنوات عديدة على متن طائرة غير مستقرة إطلاقاً... برأيك هذا غير ممكن؟
ز) أنت تقول أوضاع طيران مختلفة. مختلف عن ماذا؟ ليس لديها أي طريقة طيران بزاوية هجوم ثابتة.
ح) صحيح ما تقوله، ولكن المروحية تختلف كثيرا عن المروحة. بالإضافة إلى الدوران الطبيعي للشفرة - تدور الشفرة حول محورها الطولي، وترتفع وتنخفض، وتتحرك للأمام والخلف (على سبيل المثال في العاصفة) وحتى تنحني بشكل مستمر.
15) بوق الصيحة... صدقت (عمري يظهر هنا 🙂 ). في F16 هناك صفير لزاوية الهجوم العالية (وسرعة الدوران العالية)، وفي FXNUMX لا يوجد تحذير صوتي لزاوية الهجوم. أعتقد أنك على حق فيما يتعلق بالطيران المدني، وليس لدي أي فكرة حقًا.
نسيم وبنجامين،
على الأقل وفقا للمعلومات الواردة في المقال -
و. يتضمن سيناريو الاختبار الطيران المستقيم والأفقي في نفق الرياح.
ب. حتى المناورات غير المستقيمة والأفقية تتطلب الحفاظ على حدود زاوية الهجوم للجناح، وبالتالي فإن الاختبار أكثر تعقيدًا، ولكنه في الأساس نفسه.
ثالث. في الطائرة، يُستخدم أنبوب البيتوت لقياس سرعة الهواء و"تنظيف" تأثيرات الرياح (وكذلك الضغط المحيط، وكذلك كثافة الهواء ودرجة الحرارة)، ومن المحتمل أن الذبابة تستخدم التغير في تدفق الهواء على اللامسة لأداء نفس الوظيفة.
رابع. إن حركة أجنحة الذبابة، وكذلك الطيور في هذا النوع من الطيران، تحاول ككل الحفاظ على زاوية الهجوم المناسبة للطيران. في حركة الطيران التي تحافظ على نسبة الدفع إلى السحب المثلى (L/D_max). في المناورات الحادة، قد تؤدي حركة الجناح إلى أقصى زاوية هجوم ممكنة (Alpha_max) حتى لو كان السحب النسبي أعلى ويهدر المزيد من الطاقة.
ال. زاوية الهجوم هي متجه للتدفق في اتجاه الطيران وعمودي على الطيران. يمكن الحفاظ عليها من خلال التحرك للأمام بزاوية ثابتة لجناح الطائرة أو عن طريق التحرك لأعلى ولأسفل أثناء الحركة للأمام أو للخلف لجناح الطائرة.
و. إن مسألة الاستقرار معقدة. بشكل أساسي، في الطائرة ذات الأجنحة الثابتة، يتم تحقيق الاستقرار من خلال حقيقة أن مركز الجاذبية يقع أمام (باتجاه الأنف) مركز ضغط الجناح (النقطة التي يعمل عليها مكافئ الرفع)، أو بشكل أكثر دقة النقطة المحايدة، لمن هو أمر بالغ الأهمية. في طائرة معينة، لزيادة الاستقرار، يتم أحيانًا إضافة الوزن مسبقًا عن طريق الأوزان على مستوى السطح، أو المكونات المتحركة في الطائرة على مستوى التصميم. من الممكن أن تعمل الذبابة في الاتجاه المعاكس وتحرك (أقرب إلى) النقطة المحايدة إلى مركز الجاذبية لتجعلها أقل "استقرارًا" وبالتالي تسهل المناورات الحادة، ولكن مرة أخرى لا يتم تضمين هذا في وصف الاختبار.
ومن الواضح في تحليق الذبابة أن عكس رفرفة الجناح هو ما يسمح للذبابة بالاستقرار عند نقطة واحدة.
ز. وللذبابة طرق طيران أخرى لم يتم اختبارها هنا، على حد علمي، مثل قلب جناحها والتقاط دوامات أطراف أجنحتها، لكن هذا خارج موضوع المناقشة.
ح. تستخدم المروحية، أو أي مروحة أخرى، مبدأ الجناح الدوار. مثل جناح الطائرة، ولكن مع سرعة متغيرة على طول العمود، وبالتالي فإن زاوية التثبيت تصبح أيضًا أصغر من المركز والخارج. أقل أهمية لحالتنا.
تاسع. في طائرات اليوم، تختفي "أبواق المماطلة"، ولكن هناك صوت أنثوي لطيف يعلن "المماطلة" أو "الهروب من المماطلة" إذا سمح بذلك.
بنيامين ماي
بالضبط.
إلى هو
يبدو لي أن الذبابة تثبت نفسها من خلال حركة جناحها المعقدة
وهو العامل المتغير الرئيسي في سرعة تدفق الهواء
الأجنحة وزاوية الهجوم وليس تنظيم سرعة الذبابة
نفسه (وهذا في جوهره ما كتبه نسيم، إذا فهمت بشكل صحيح..).
ls
لا أعتقد ذلك بالضبط. على عكس الطائرة، فإن أجنحة الذبابة تتحرك (على غرار المروحية). يمكن للذبابة أيضًا أن تطير إلى الخلف. عدا عن ذلك، لم أرى بعد ذبابة تطير بشكل مستقيم وأفقي 🙂
لم أكتب بالضبط، لأن المروحية يمكن أن تتوقف أيضًا (رغم أنه في حالة المروحية، يحدث التوقف بسرعة عالية). أي أنه من الممكن أن تكون هناك حالة من الوقوف بسبب عاصفة مفاجئة.
ولا أعتقد أيضًا أن الذبابة تقول لنفسها: "حسنًا، لقد سمعت صوت إبرة اللسع، يجب أن أنزلها على الفور حتى لا ألدغ!". يبدو الأمر وكأننا لا نفكر في التوازن عندما نحرك أذرعنا أثناء المشي أو الجري.
لا علاقة له بالهروب. تحاول الذبابة الحفاظ على سرعة جوية ثابتة مثل أي طائرة في رحلة مستقيمة وأفقية حتى لا تتوقف. عندما تهب الرياح في اتجاه الطيران ستزيد سرعة الذبابة وإلا ستزداد زاوية الهجوم للجناح حتى ينقطع التدفق ويسقط سقوطا حرا. والعكس في اتجاه الريح المعاكسة.
ومن المرجح أن يكون رد فعل البقاء على قيد الحياة
مما يجعل الذباب يسرع أو يبطئ (بطريقة معاكسة).
لقوة الريح) أولاً مع هبوب رياح مفاجئة
الابتعاد عن رجل مجنون (أو يد قد تسحقهم)
وعندها فقط يتم تثبيت سرعتهم.
قام السيد دوبي بنياميني بتطوير روبوت طائر نموذجه الفراشة، وميزة الفراشة هي استغلال الطاقة بطريقة فعالة واقتصادية.