Вчені з Великобританії та Японії пояснили механізм, що дозволяє комарам виявляти перешкоди, не використовуючи зір. Експерименти показали, що, ймовірно, за це відповідають механорецептори в усиках, здатні вловлювати в створюваних крилами повітряних потоках зміни, які викликають предмети, що знаходяться поруч. Дослідники запропонували використовувати схожий принцип в дронах і зібрали квадрокоптер, здатний виявляти зміни в повітряних потоках навколо себе за допомогою датчиків тиску. Стаття опублікована в журналі.
Тварини використовують для визначення перешкод навколо безліч принципово різних способів, причому часто набагато більш складних, ніж зір. Наприклад, широко відомий спосіб навігації, який використовується кажанами: вони випускають ультразвукові сигнали і реєструють їх відображення від предметів. Це забезпечує кажанам можливість не залежати від освітлення і літати в повній темряві, на відміну від багатьох інших видів.
Дослідження показують, що комарі теж здатні уникати перешкод без використання візуальних стимулів, але тільки на відстані декількох сантиметрів. Група вчених під керівництвом Річарда Бомфрі (Richard Bomphrey) з Королівського ветеринарного коледжу в Лондоні припустила, що обмеження на відстань пояснюється механізмом, заснованим на виявленні спотворення повітряних потоків поблизу об'єктів.
Для того, щоб розібратися в розподілі потоків повітря від крил і тим, як прилеглі об'єкти спотворюють їх, дослідники створили модель комара і за допомогою гідродинамічної симуляції отримали дані про поведінку потоків на різних відстанях від плоскої поверхні. Побудувавши карти розподілу тиску навколо комара вони побачили, що під грудною частиною комара знаходиться велика зона з максимальним тиском. Але крім неї вони виявили другу зону з максимальним тиском, розташовану над головою в тому числі в зоні розташування вусиків.
В усиках комарів розташований Джонстонов орган з механорецепторами, здатний визначати відхилення потоків повітря. Більш ранні дослідження показують, що у цього органу у комарів є два піку чутливості: на рівні 280 герц і другий, більш широкий, в діапазоні приблизно від 600 до 800 герц. Ці піки відповідають частоті помахів крил самок і самців, відповідно. Перший пік зазвичай пояснюється тим, що він допомагає самцям виявляти самок. Виходячи з даних моделювання автори нової статті припустили, що другий пік пояснюється тим, що він дозволяє комарам-самцям відстежувати насамперед не інших самців, а обурення в потоках повітря від власних помахів крил, викликаних наближенням до будь-якої площини.
Дослідники запропонували використовувати цей принцип у дронах, для яких навіть невелике зіткнення з перешкодою, наприклад, деревом, зазвичай закінчується падінням і пошкодженнями. За основу вони взяли відкритий квадрокоптер Crazyflie 2.0, а на нього встановили плату з диференційними датчиками тиску, що визначають різницю тисків між двома джерелами, і підключені до них трубки.
Всього в дроні встановлено п'ять датчиків: два визначають різницю тисків уздовж і поперек корпусу, ще два по діагоналях, а останній розраховує різницю між верхньою і нижньою зоною.
Визначивши розподіл потоків навколо дрона при наближенні до площин на різну відстань, дослідники встановили для кожного датчика порогові показники, при яких польотний контролер отримує дані про перешкоду і починає ухилятися від нього. Експерименти з польотами дослідники показали на відео.
Торік американські інженери створили літаючого робота-колібрі, який теж здатний відстежувати перешкоди з обурень повітряних потоків, але використовуючи інший метод. Для цього він відстежує споживання струму двигунами і таким чином виявляє підйомну силу, що виникає через екранний ефект.