Come le mosche della frutta eseguono le virate in volo

Le incredibili capacità di volo degli insetti sono sbalorditive da guardare. Ma è anche un grattacapo per fisici e ingegneri che conoscono da tempo la dipendenza dalla scala dell'aerodinamica che rende il volo una questione piuttosto diversa per un moscerino della frutta rispetto a un piccione o un jumbo.

Sebbene conosciamo da secoli i principi della portanza che mantengono un aereo in aria, i fisici hanno scoperto solo negli ultimi 10 anni circa, come le ali degli insetti creano portanza attraverso la generazione e l'interazione con i vortici.

Avendo risolto questo enigma, l'attenzione si sta spostando sul modo in cui gli insetti volanti controllano il loro movimento. La domanda è come fanno questi volantini a manipolare le loro ali per eseguire virate in volo, a volte estremamente brusche e a velocità relativamente elevate?

La risposta arriva oggi da Jane Wang e dai suoi amici della Cornell University che hanno studiato il modo in cui i moscerini della frutta girano utilizzando tre telecamere ad angolo retto che registrano immagini alla velocità di 8000 fotogrammi al secondo, o circa 35 fotogrammi per battito d'ala.

I moscerini della frutta generano portanza e propulsione battendo le ali avanti e indietro in una sorta di movimento a remi. Il filmato ad alta velocità mostra che, in volo stabile, l'angolo di attacco di ciascuna ala è all'incirca lo stesso durante i colpi in avanti e all'indietro e che il movimento dell'ala sinistra rispecchia il destro. Quindi, in volo stabile, la coppia generata da ciascuna ala si annulla.

Ma durante una virata, Wang e compagni dicono che un moscerino della frutta cambia l'angolo di attacco di un'ala di circa 9 gradi, generando una resistenza extra che fa girare il moscerino della frutta.

Quindi immagina di guardare dall'alto un moscerino della frutta in volo. Un cambiamento nell'angolo di attacco dell'ala destra genera resistenza che fa girare la mosca in senso orario.

La cosa interessante dell'analisi del team di Wang sono le loro conclusioni su come un moscerino della frutta controlla questo cambiamento nell'angolo dell'ala. Sembra che gran parte della capacità di volo di una mosca sia una funzione della forza e dell'elasticità delle ali stesse: sono progettate per remare. Ciò riduce immediatamente il carico di comando e controllo sul sistema nervoso centrale del moscerino della frutta.

Questa è un'idea chiamata dinamica passiva in cui il design di un sistema include la capacità di controllare il movimento per impostazione predefinita, come la capacità di un volano di orientarsi in volo.

Wang e colleghi affermano che la rotazione sembra eseguita da una piccolissima modifica al comportamento a molla della cerniera dell'ala. E che questo può essere fatto facilmente usando un muscolo relativamente piccolo.

Il nostro modello prevede che i muscoli di volo delle mosche possono agire su diversi battiti delle ali per influenzare il passo delle ali e tuttavia generare i cambiamenti sub-battiti delle ali nel movimento delle ali che inducono aerodinamicamente la manovra, afferma il team.

Può sembrare un po' esoterico, ma dovrebbe rivelarsi di grande valore per il numero crescente di ingegneri che tentano di costruire microveicoli robotici con ali da insetto.

Wang e co concludono: Il semplice meccanismo utilizzato dai moscerini della frutta può essere abbastanza generale e dovrebbe allo stesso modo semplificare il controllo delle macchine volanti che svolazzano.

Qualcuno sente quel ronzio?

Rif: arxiv.org/abs/0910.0671 : I moscerini della frutta modulano il pitching passivo delle ali per generare virate in volo

nascondere