Forskare som studerar en av de minst förstådda aerobatiska manövrarna utförda av flygande insekter, och som kallar sin undersökning för den "mest kompletta utforskningen av fluglandningsmanövrar" hittills, rapportera att blåa flaskflugor som landar upp och ner i taket använder en mer komplex serie av beteenden än man trodde. Kredit:Bo Cheng, Penn State
För att inspirera till avancerad robotteknik, forskare vid Penn State Department of Mechanical Engineering har publicerat den mest kompletta beskrivningen av hur flygande insekter landar upp och ner.
Tidningen publicerades idag (23 oktober) i Vetenskapens framsteg "Genom detta arbete, vi försökte förstå hur en fluga utför manövrarna att landa upp och ner på ett ögonblick, " sa Bo Cheng, biträdande professor i maskinteknik och huvudförfattare till uppsatsen.
Det är utan tvekan den svåraste och minst förstådda aerobatiska manövern som utförs av flygande insekter, enligt Cheng.
"I sista hand, vi vill replikera det inom teknik, men vi måste förstå det först, " sa Cheng.
Tillsammans med Penn State Jean-Michel Mongeau, biträdande professor i maskinteknik, och Pan Liu, doktorand i maskinteknik, Cheng syftar till att förstå de biomekaniska och sensoriska processer som flugor använder för att landa på olika ytor som tak och rörliga föremål.
För att samla in deras data, teamet undersökte först flugornas inverterade landningsbeteende i en flygkammare med hjälp av höghastighetsvidografi. Deras studie fann att insekterna vanligtvis utför fyra perfekt tidsinställda manövrar för att landa upp och ner:de ökar sin hastighet, slutföra en snabb kroppsrotationsmanöver (liknas vid ett vagnhjul), utföra en svepande benförlängning och, till sist, landa genom en benstödd kroppsgunga när deras fötter är stadigt planterade i taket.
Forskarna tror också att dessa handlingar sätts igång av en serie komplexa visuella och sensoriska signaler som flugorna uppfattar när de närmar sig sin önskade landningsplats.
"Inom ett ögonblick, dessa flugor kan helt vända sin kropp och landa, vilket är ganska spektakulärt, " sa Mongeau. "Vi ser det hela tiden hända runt omkring oss, men vi har visat komplexiteten i manövern. Det finns ett stort intresse för robotar att kunna göra detsamma."
Dock, nuvarande robotteknik saknar verkligen den hastighet och effektivitet som krävs för att utföra samma manövrar.
"Vi tittar på naturen för inspiration, " sa Mongeau. "Detta hjälper till att driva den grundläggande teknikvetenskapen, att förstå hur flugor kan lösa dessa problem så att vi kan tillämpa dem på framtida teknologier."
Förutom att utveckla robotik, Implikationerna av detta arbete kan också appliceras på neurovetenskapens område.
"Hur kan en flugas nervsystem göra detta så snabbt?" sa Mongeau. "Detta arbete upprepar hur snabbt dessa manövrar utförs inom ett extremt litet nervsystem. Dessa data kan leda till nya hypoteser för att förstå hur hjärnor fungerar."
