0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Комары научат квадрокоптеры летать в кромешной тьме

Биоинженеры с помощью комаров научили дроны летать ночью

Ученые из Университета Лидса Королевского ветеринарного колледжа сумели создать беспилотное летательное средство, умеющее ориентироваться в темноте, по принципу движения комара, сообщает журнал Science.

В темное время суток насекомые летают, не сталкиваясь с окружающими предметами и поверхностями. И умеют точно и аккуратно сесть на кожу человека, чтобы остаться незамеченными. Каким образом они это делают, выяснили ученые, исследовав механику движения самца комара Culex quinquefasciatus.

Исследователи с помощью компьютерного гидродинамического моделирования провели высокоскоростную регистрацию полета комаров. Как заметили ученые, комары отличаются чрезвычайно высокой частотой взмахов крыльев. Эта особенность стала предметом изучения биоинженеров.

Комары и другие насекомые при полете создают быстрые потоки воздуха после каждого взмаха крыльев. При беспрепятственном движении струя воздуха одна, если же рядом оказывается стена или какой-то предмет, то форма струи меняется. С помощью микроантенн на голове мозг комара тут же получает от рецепторов сигнал о препятствии. Эти рецепторы на микроантеннах называют органом Джонстона по имени их первооткрывателя. Причем рецепторы на антеннах легко обнаруживают изменения воздушного потока на малых высотах, а меньше — на больших высотах.

Таким образом, способность комаров летать по ночам ученые объяснили не великолепным их зрением, а особым сенсорным чутьем — механосенсингом.

На основе этих данных ученые вычислили максимальное расстояние, на котором комар может обнаруживать препятствия. Оно составило более 20 длин крыльев, что намного больше, чем ожидаемое расстояние для обнаружения на основе существующих аэродинамических моделей.

Комар, летящий в темноте, чувствует изменения в воздушных потоках, создаваемых взмахами его крыльев. Тот же принцип применила исследовательская группа, занимавшаяся созданием сенсорной системой предотвращения столкновений для квадрокоптеров. Они оснастили миниатюрный дрон устройством, состоящим из набора зондов, соединенных с датчиками перепада давления. Датчики, как и у комаров, срабатывали на изменения воздушного потока при приближении к любой поверхности, и модель успешно реагировала на препятствия, на безопасных расстояниях меняя маршрут своего полета.

Комары научат квадрокоптеры летать в кромешной тьме

Все мы знаем, как ловко и незаметно комарики приземляются на поверхность нашего тела. Только укус даёт понять, что мелкий кровопийца принялся закусывать нашей кровью. Учёные задались вопросом, нельзя ли использовать точнейшую ночную навигацию комаров для обучения дронов полёту в полной темноте? И успешно решили эту задачу.

Международная группа ученых во главе с профессором Ричардом Бомфри (Richard Bomphrey) из Королевского ветеринарного колледжа (RVC) в Лондоне изучила сенсорный механизм самца комара Culex quinquefasciatus и нашла способ имитировать способность насекомого использовать воздушный поток для обнаружения препятствий. Благодаря специальным органам чувств комары способны летать и приземляться в темноте, не используя органы зрения или эхолокации, как это развито у летучих мышей.

Как комар избегает столкновения с препятствиями (Chiba University/Structure and Motion Laboratory/ RVC)

Ночная навигационная система комаров использует комбинацию крыльев, чувствительных органов на усиках и воздушные потоки. Фактически комариная навигационная система опирается на условно механические раздражители и не требует значительных вычислительных ресурсов нервной системы. Применив подобные решения для дронов, мы без загрузки процессора автономной летающей платформы позволим беспилотнику самому мгновенно реагировать на препятствия и избегать столкновения.

Читать еще:  Planetary Annihilation — растраченное могущество

Компьютерное моделирование воздушных потоков вокруг комара (Chiba University/Structure and Motion Laboratory/ RVC)

Учёные провели высокоскоростную съёмку манёвров комара вблизи препятствий и затем промоделировали полученный результат на компьютере. Изучение динамики воздушных потоков показало, что вблизи головы комара формируются зоны перепадов давления, которые зависят от расстояния до препятствий. В этой области у комара есть усики, а на них расположен так называемый Джонстонов орган. Отражающиеся от препятствий воздушные потоки в виде перепадов давления фиксируются этим «сенсором» комара и позволяют ему безошибочно узнавать расстояние до объектов. Чувствительность этой системы такова, что комар распознаёт препятствие на удалении порядка 20 длин его крылышек.

Исследователи вооружили опытный квадрокоптер системой из нескольких датчиков давления и разработали алгоритм предотвращения столкновений с препятствиями. Как нетрудно увидеть из видео выше, комариная система навигации оказалась выше всяких похвал. Дрон автоматически избегает удара о поверхность, реагируя практически только на показатели датчиков давления. Кстати, такую же систему можно внедрить на вертолётах для полётов в условиях плохой видимости.

Механизм «слепого» обнаружения препятствий комарами воспроизвели в квадрокоптере

Toshiyuki Nakata et al. / Science, 2020

Ученые из Великобритании и Японии объяснили механизм, позволяющий комарам обнаруживать препятствия, не используя зрение. Эксперименты показали, что, вероятно, за это отвечают механорецепторы в усиках, способные улавливать в создаваемых крыльями воздушных потоках изменения, которые вызывают находящиеся рядом предметы. Исследователи предложили использовать похожий принцип в дронах и собрали квадрокоптер, способный обнаруживать изменения в воздушных потоках вокруг себя с помощью датчиков давления. Статья опубликована в журнале Science.

Животные используют для определения препятствий вокруг множество принципиально разных способов, причем часто гораздо более сложных, чем зрение. Например, широко известен способ навигации, используемый летучими мышами: они испускают ультразвуковые сигналы и регистрируют их отражения от предметов. Это обеспечивает летучим мышам возможность не зависеть от освещения и летать в полной темноте, в отличие от многих других видов.

Исследования показывают, что комары тоже способны избегать препятствий без использования визуальных стимулов, но только на расстоянии нескольких сантиметров. Группа ученых под руководством Ричарда Бомфри (Richard Bomphrey) из Королевского ветеринарного колледжа в Лондоне предположила, что ограничение на расстояние объясняется механизмом, основанным на обнаружении искажения воздушных потоков вблизи объектов.

Для того, чтобы разобраться в распределении потоков воздуха от крыльев и тем, как близлежащие объекты искажают их, исследователи создали модель комара и с помощью гидродинамической симуляции получили данные о поведении потоков на разных расстояниях от плоской поверхности. Построив карты распределения давления вокруг комара они увидели, что под грудной частью комара находится большая зона с максимальным давлением. Но помимо нее они обнаружили вторую зону с максимальным давлением, расположенную над головой в том числе в зоне расположения усиков.

Изменение потоков воздуха от крыльев по мере приближения к плоской поверхности

Комары научат квадрокоптеры летать в кромешной тьме

Все мы знаем, как ловко и незаметно комарики приземляются на поверхность нашего тела. Только укус даёт понять, что мелкий кровопийца принялся закусывать нашей кровью. Учёные задались вопросом, нельзя ли использовать точнейшую ночную навигацию комаров для обучения дронов полёту в полной темноте? И успешно решили эту задачу.

Читать еще:  Spyro Reignited Trilogy — опять возвращаемся в детство

Международная группа ученых во главе с профессором Ричардом Бомфри (Richard Bomphrey) из Королевского ветеринарного колледжа (RVC) в Лондоне изучила сенсорный механизм самца комара Culex quinquefasciatus и нашла способ имитировать способность насекомого использовать воздушный поток для обнаружения препятствий. Благодаря специальным органам чувств комары способны летать и приземляться в темноте не используя органы зрения или эхолокации, как это развито у летучих мышей.

Как комар избегает столкновения с препятствиями (Chiba University/Structure and Motion Laboratory/ RVC)

Ночная навигационная система комаров использует комбинацию крыльев, чувствительных органов на усиках и воздушные потоки. Фактически комариная навигационная система опирается на условно механические раздражители и не требует значительных вычислительных ресурсов нервной системы. Применив подобные решения для дронов, мы без загрузки процессора автономной летающей платформы позволим беспилотнику самому мгновенно реагировать на препятствия и избегать столкновения.

Компьютерное моделирование воздушных потоков вокруг комара (Chiba University/Structure and Motion Laboratory/ RVC)

Учёные провели высокоскоростную съёмку манёвров комара вблизи препятствий и затем промоделировали полученный результат на компьютере. Изучение динамики воздушных потоков показало, что вблизи головы комара формируются зоны перепадов давления, которые зависят от расстояния до препятствий. В этой области у комара есть усики, а на них расположен так называемый Джонстонов орган. Отражающиеся от препятствий воздушные потоки в виде перепадов давления фиксируются этим «сенсором» комара и позволяют ему безошибочно узнавать расстояние до объектов. Чувствительность этой системы такова, что комар распознаёт препятствие на удалении порядка 20 длин его крылышек.

Исследователи вооружили опытный квадрокоптер системой из нескольких датчиков давления и разработали алгоритм предотвращения столкновений с препятствиями. Как нетрудно увидеть из видео выше, комариная система навигации оказалась выше всяких похвал. Дрон автоматически избегает удара о поверхность, реагируя практически только на показатели датчиков давления. Кстати, такую же систему можно внедрить на вертолётах для полётов в условиях плохой видимости.

Комары научат квадрокоптеры летать в кромешной тьме

Все мы знаем, как ловко и незаметно комарики приземляются на поверхность нашего тела. Только укус даёт понять, что мелкий кровопийца принялся закусывать нашей кровью. Учёные задались вопросом, нельзя ли использовать точнейшую ночную навигацию комаров для обучения дронов полёту в полной темноте? И успешно решили эту задачу.

Международная группа ученых во главе с профессором Ричардом Бомфри (Richard Bomphrey) из Королевского ветеринарного колледжа (RVC) в Лондоне изучила сенсорный механизм самца комара Culex quinquefasciatus и нашла способ имитировать способность насекомого использовать воздушный поток для обнаружения препятствий. Благодаря специальным органам чувств комары способны летать и приземляться в темноте не используя органы зрения или эхолокации, как это развито у летучих мышей.

Как комар избегает столкновения с препятствиями (Chiba University/Structure and Motion Laboratory/ RVC)

Ночная навигационная система комаров использует комбинацию крыльев, чувствительных органов на усиках и воздушные потоки. Фактически комариная навигационная система опирается на условно механические раздражители и не требует значительных вычислительных ресурсов нервной системы. Применив подобные решения для дронов, мы без загрузки процессора автономной летающей платформы позволим беспилотнику самому мгновенно реагировать на препятствия и избегать столкновения.

Читать еще:  Мультиварка — гибрид кастрюли и компьютера

Компьютерное моделирование воздушных потоков вокруг комара (Chiba University/Structure and Motion Laboratory/ RVC)

Учёные провели высокоскоростную съёмку манёвров комара вблизи препятствий и затем промоделировали полученный результат на компьютере. Изучение динамики воздушных потоков показало, что вблизи головы комара формируются зоны перепадов давления, которые зависят от расстояния до препятствий. В этой области у комара есть усики, а на них расположен так называемый Джонстонов орган. Отражающиеся от препятствий воздушные потоки в виде перепадов давления фиксируются этим «сенсором» комара и позволяют ему безошибочно узнавать расстояние до объектов. Чувствительность этой системы такова, что комар распознаёт препятствие на удалении порядка 20 длин его крылышек.

Исследователи вооружили опытный квадрокоптер системой из нескольких датчиков давления и разработали алгоритм предотвращения столкновений с препятствиями. Как нетрудно увидеть из видео выше, комариная система навигации оказалась выше всяких похвал. Дрон автоматически избегает удара о поверхность, реагируя практически только на показатели датчиков давления. Кстати, такую же систему можно внедрить на вертолётах для полётов в условиях плохой видимости.

Комары научат квадрокоптеры летать в кромешной тьме

Все мы знаем, как ловко и незаметно комарики приземляются на поверхность нашего тела. Только укус даёт понять, что мелкий кровопийца принялся закусывать нашей кровью. Учёные задались вопросом, нельзя ли использовать точнейшую ночную навигацию комаров для обучения дронов полёту в полной темноте? И успешно решили эту задачу.

Международная группа ученых во главе с профессором Ричардом Бомфри (Richard Bomphrey) из Королевского ветеринарного колледжа (RVC) в Лондоне изучила сенсорный механизм самца комара Culex quinquefasciatus и нашла способ имитировать способность насекомого использовать воздушный поток для обнаружения препятствий. Благодаря специальным органам чувств комары способны летать и приземляться в темноте, не используя органы зрения или эхолокации, как это развито у летучих мышей.

Как комар избегает столкновения с препятствиями (Chiba University/Structure and Motion Laboratory/ RVC)

Ночная навигационная система комаров использует комбинацию крыльев, чувствительных органов на усиках и воздушные потоки. Фактически комариная навигационная система опирается на условно механические раздражители и не требует значительных вычислительных ресурсов нервной системы. Применив подобные решения для дронов, мы без загрузки процессора автономной летающей платформы позволим беспилотнику самому мгновенно реагировать на препятствия и избегать столкновения.

Компьютерное моделирование воздушных потоков вокруг комара (Chiba University/Structure and Motion Laboratory/ RVC)

Учёные провели высокоскоростную съёмку манёвров комара вблизи препятствий и затем промоделировали полученный результат на компьютере. Изучение динамики воздушных потоков показало, что вблизи головы комара формируются зоны перепадов давления, которые зависят от расстояния до препятствий. В этой области у комара есть усики, а на них расположен так называемый Джонстонов орган. Отражающиеся от препятствий воздушные потоки в виде перепадов давления фиксируются этим «сенсором» комара и позволяют ему безошибочно узнавать расстояние до объектов. Чувствительность этой системы такова, что комар распознаёт препятствие на удалении порядка 20 длин его крылышек.

Исследователи вооружили опытный квадрокоптер системой из нескольких датчиков давления и разработали алгоритм предотвращения столкновений с препятствиями. Как нетрудно увидеть из видео выше, комариная система навигации оказалась выше всяких похвал. Дрон автоматически избегает удара о поверхность, реагируя практически только на показатели датчиков давления. Кстати, такую же систему можно внедрить на вертолётах для полётов в условиях плохой видимости.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector