Ученые кафедры энтомологии биологического факультета МГУ Сергей Фарисенков, Петр Петров, Алексей Полилов и их коллега из Сколтеха Дмитрий Коломенский детально изучили, как изменение размеров тела жуков в ходе эволюции повлияло на состав их крыльев. Большинство микронасекомых, чья длина не превышает половины миллиметра, обладают не сплошными перепончатыми крыльями, а уникальными структурами, больше напоминающими перья птиц. От узкой центральной пластинки такого крыла отходят многочисленные длинные щетинки, формирующие большую часть его площади.
Долгое время в научной среде господствовало мнение, что такие «ажурные» крылья неэффективны для активного полета и нужны лишь для пассивного парения в воздушных потоках. Однако современные технологии, включая высокоскоростную видеосъемку, опровергли это заблуждение. Исследователям удалось продемонстрировать, что микрожуки летают быстро и маневренно, используя особый «гребной» механизм взмахов. Ключ к разгадке этого феномена кроется в физике взаимодействия очень маленького тела с воздушной средой.
При сильном уменьшении размеров тела силы трения о воздух, которые зависят от площади поверхности, становятся гораздо важнее сил инерции, которые зависят от массы. Крошечному насекомому, чтобы лететь вперед, приходится буквально «продираться» сквозь воздух, который для него обладает высокой вязкостью. Эволюционным ответом на этот вызов стало облегчение крыльев путем их преобразования в перистую структуру.
В Сколтехе уточнили, что это открытие имеет огромное практическое значение для робототехники. Современные аналоги микронасекомых, такие как 2,5-граммовый «Пикколиссимо», 3-сантиметровая гарвардская «Робо-пчела» или новейший 0,3-граммовый китайский дрон-комар, упираются в проблемы механики полета и энергоэффективности. Принцип перистого крыла, позаимствованный у природы, может стать ключом к их дальнейшей миниатюризации, сделав такие аппараты менее шумными и более безопасными. Пока же технология может найти применение в других областях, например, в разработке систем прокачки жидкостей на микроуровне или для высокоточных фильтров.
Ранее эксперименты показали, что пчелы умеют адаптировать строительство сот под любые размеры.
