وقد يساعد هذا الاكتشاف، الذي توصل إليه باحثون من جامعة تل أبيب، مهندسي الطيران على تطوير طائرات صغيرة في المستقبل تتمتع بآلية إقلاع فريدة وفعالة. وتم تقديم البحث في مؤتمر عقد بداية الاسبوع في كفر بلوم حول موضوع العلاقة بين الميكانيكا وعلم وظائف الأعضاء في الحيوانات الطائرة.
كشف باحثون في قسم علم الحيوان بجامعة تل أبيب عن آلية انطلاق حشرة منّ التبغ، وهو مخلوق صغير يبلغ حجم جسمه حوالي ملليمتر واحد، والمعروف بأنه آفة تدمر مجموعة متنوعة من المحاصيل الزراعية. ووجدوا أن حشرة المن تطلق نفسها في الهواء بسرعة كبيرة، ثم تستقر مع ثني أجنحتها، وذلك باستخدام مقاومة الهواء لأسطح أطراف الجناح. وقد يساعد هذا الاكتشاف مهندسي الطيران على تطوير طائرات صغيرة في المستقبل تتمتع بآلية إقلاع فريدة وفعالة.
"في السنوات الأخيرة، كان هناك اتجاه متزايد في عالم التعاون بين علماء الأحياء والمهندسين، بهدف التعلم من حكمة الطبيعة، وتطوير أدوات لخدمة الإنسان تعتمد على ملايين السنين من التطور في الحيوان. العالم"، يشرح الدكتور جال ريباك، الذي قاد البحث عن مرآة المن، بمساعدة الطالب إل دافني. "في مختبري نركز على الميكانيكا الحيوية للطيران عند الحيوانات. ومن بين أمور أخرى، نحاول معرفة مدى تأثير حجم جسم الحيوان على ديناميكياته الهوائية، وكيف يمكن تقليد المخلوقات الطائرة لتصميم طائرات أفضل. وفي بحثنا الأخير، نظرنا إلى حشرة منّ التبغ، واكتشفنا آلية مظهر فريدة من نوعها: حيث يتمكن حشرة المن من الإقلاع وتثبيت نفسه في الهواء - حتى قبل أن ينشر جناحيه."
وقام الباحثون بتصوير حشرات المن بكاميرات فيديو خاصة تلتقط ما بين 3000 إلى 2000 صورة في الثانية، ثم شاهدوا الصور بسرعة أبطأ 50 مرة من العملية الأصلية - التي استمرت أقل من 12 مللي ثانية. "لقد رأينا أنه، على عكس العديد من المخلوقات المجنحة التي نعرفها، فإن حشرة المن لا تقلع عن طريق التراجع والرفرفة بجناحيها." يقول الدكتور رايباك. "أولاً، يخطو على ما يشبه "النبع البيولوجي"، ويطلق نفسه للأعلى بقوة هائلة وتسارع هائل (34 ضعف تسارع الجاذبية)." يؤدي الإطلاق إلى زعزعة استقرار حشرة المن، ويبدأ جسمها في التدحرج في الهواء، لكنه يتمكن من إيقاف حركة التدحرج على الفور تقريبًا - بينما لا تزال أجنحتها مطوية وقريبة من الجسم.
وللكشف عن سر إقلاع حشرة المن واستقرارها، قام الباحثون ببناء نموذج حاسوبي لجسم حشرة المن وديناميكياته الهوائية. أظهر النموذج أن حشرة المن تستخدم مقاومة الهواء لتحقيق الاستقرار، وأن العضو المسؤول عن الاستقرار هو أطراف الأجنحة. يقول الدكتور ريباك: "اكتشفنا أنه عندما يتم ثني الأجنحة على جانبي الجسم، يبرز نصف سطحها إلى ما هو أبعد من طول الجسم، وأن سطح الجناح البارز ينتج مقاومة للهواء توقف حركة التدحرج". "في الواقع، آلية التثبيت تلقائية: لا يتعين على حشرة المن أن تفعل أي شيء لتنشيطها، لأنها مدمجة في أجنحتها منذ البداية." ولتأكيد نتائج النموذج، قام الباحثون بفحص حشرات المن في المختبر، ووجدوا أن حشرات المن التي تم قص أطراف أجنحتها لا تتمكن من الاستقرار في الهواء، وتستمر في التدحرج.
ويخلص الدكتور رايباك إلى أن "النتائج التي توصلنا إليها قد تكون ذات أهمية كبيرة لمهندسي الطيران، الذين يهدفون إلى تطوير آلات طيران صناعية صغيرة للأغراض الجوية". "نحن نعتقد أنه من خلال تقليد حشرة المن التبغ، سنكون قادرين على تصميم آليات إقلاع وتحقيق استقرار أكثر كفاءة من تلك الموجودة اليوم."
وتم عرض البحث الذي نشر في مجلة البيولوجيا التجريبية، في مؤتمر خاص عقد بداية الأسبوع في كفار بلوم، تناول العلاقة بين الميكانيكا وعلم وظائف الأعضاء في الحيوانات الطائرة. تم تنظيم المؤتمر بمبادرة من الدكتور جال ريباك من جامعة تل أبيب، بالتعاون مع باحثين من جامعة حيفا وجامعة بن غوريون، و18 عالما بارزا (12 عالم أحياء و6 فيزيائيين ومهندسي طيران)، من بينهم أربعة من تل أبيب الجامعة، وشاركت فيه سبع جامعات رائدة على مستوى العالم، وهي الولايات المتحدة الأمريكية وألمانيا وكندا والهند.
