Крылья и плавники движутся одинаково

Автор: Дмитрий Целиков 
Поможет ли создателям воздушных и морских судов тот факт, что самые разные животные, от насекомых до китов, приобрели очень схожие механизмы передвижения в текучих средах?

Большинство животных, летая или плавая, изгибает крылья и плавники одним и тем же образом — в аналогичных пропорциях и под схожими углами. Этот, по-видимому, универсальный принцип подходит и мотылькам, и акулам. Возможно, на него стоит обратить внимание тем, кто создаёт устройства, способные передвигаться в воздушной и водной средах?

Сконструировать ЛА, хлопающий крыльями, пытаются давно — вспомним Икара и Леонардо да Винчи. Братья Райт резонно сделали ставку на неподвижное крыло, но стремление понять, каким образом птицам удаётся подниматься в воздух и маневрировать, не угасло. Очевидно, инженерам отчаянно не хватает сведений по аэродинамике этих удивительных существ.

Мнение учёных о том, помогает или мешает птицам гибкое крыло, постоянно меняется. Биолог Джон Костелло из Провиденс-колледжа (США) и его коллеги исходят из того, что птицы, хотим мы того или нет, всё-таки летают. Кроме того, они заподозрили, что аналогичные движения совершаются плавниками и хвостами, и даже приняли участие в проекте Управления военно-морских исследований США по созданию аппарата, способного передвигаться наподобие медузы. Выяснилось, что добавление пассивного, но подвижного сегмента к жёсткой в целом поверхности увеличивает скорость реактивного движения в несколько раз.

Учёные прочесали видеоресурсы YouTube, Vimeo и др. в поисках материалов с изображением самых разных существ, от плодовых мушек до летучих мышей и от моллюсков до горбатых китов. Несмотря на огромное разнообразие форм и структур «движущих механизмов» (тонких, как паутинка, мембран, оперённых крыльев, толстых и тяжёлых китовых хвостов), удалось обнаружить сходство определённых переменных, которые были измерены вручную. У 59 видов расстояние от точки, где начинается изгиб, до основания крыла составляет примерно две трети от общей длины крыла, а максимальный угол сгиба находится в промежутке 15–38°.

Следовательно, животные с очень разной историей эволюции пришли в итоге к примерно одинаковым решениям одной и той же задачи. Эволюцию обусловили физические законы, определяющие взаимодействие текучих сред. Неважно, от каких предков произошли эти животные — ползучих, ходячих или прыгучих: как только возникала нужда в адаптации к текучей среде, развиваться можно было только в определённых рамках, несмотря на все различия в анатомии и физиологии.

И всё же вопрос остаётся открытым. Следует ли инженерам делать ставку на гибкое крыло?

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Подготовлено по материалам Nature News.