Гребнеобразные крылья помогают мельчайшим насекомым плавать в «густом’ воздухе

08.10.2025 ideipro.ru

В микромасштабе их крылья с зазорами получаются лучше, чем сплошные

черно-белое изображение жука Paratuposa placentis

Крылья многих летающих насекомых — пчел, бабочек и стрекоз, например, — похоже, устроены по одному и тому же принципу: твердая поверхность или перепонка прижимается к воздуху, удерживая этих животных в воздухе. Но новые данные показывают, что для самых маленьких летунов есть лучший способ: кисточки.

Самые маленькие насекомые меньше рисового зернышка. Их крылья похожи на крошечные щетинки или метелки из перьев, с видимыми воздушными зазорами по всей длине. Новая работа показывает, что это отличное приспособление для полетов, когда вы невероятно малы.

Пояснение: У насекомых, паукообразных и других членистоногих

Крылья с щетинками легкие и удивительно жесткие. Они также прилагают меньше усилий для взмахивания, чем обычные крылья. Благодаря этому миниатюрным насекомым легче быстро махать крыльями и оставаться в воздухе, что важно при перемещении по воздуху, которое при их крошечных размерах ощущается совсем по—другому.Понимание того, как работают эти необычные крылья, также может вдохновить на разработку новых технологий.“В настоящее время у нас есть роботы-насекомые размером с обычных летающих насекомых. Но что было бы неплохо, так это ультраминиатюрные роботы, которые вы даже не сможете увидеть”, — говорит Мостафа Набави. Он работает в Манчестерском университете в Англии и не принимал участия в новом исследовании. Этот аэрокосмический инженер подозревает, что ощетинившиеся крылья могут помочь создать таких супермини-роботов.

Воздух в крошечном мире

Дмитрий Коломенский уже более десяти лет является частью команды ломая голову над тем, почему у мелких насекомых появились ощетинившиеся крылья. Специалист по вычислительной технике, он работает в Сколковском институте науки и технологий. Это в Москве, Россия.

Для получения ответов его команда собрала данные о 38 видах крошечных жуков. Длина их крыльев варьировалась от 0,3 до 5 миллиметров (от 0,01 до 0,2 дюйма). Это очень маленькие крылья — от толщины пары волосков до размера нескольких песчинок, уложенных рядышком. Многие из жуков были привезены из России и Вьетнама.

Вернувшись в лабораторию, исследователи с помощью микроскопов измерили форму каждого крыла и подсчитали его щетинки. А с помощью высокоскоростных камер они отследили, с какой скоростью жуки машут крыльями в полете.

К их удивлению, жуки махали примерно с одинаковой скоростью, независимо от размера крыльев. Это необычно, говорит Коломенский. У птиц и крупных насекомых маленькие крылья обычно машут быстрее.

<загрузка iframe="ленивый" заголовок="Смотрите высокоскоростное видео уникального стиля полета жуков-пернаток | Новости науки" width="500" height="281" src="https://www.youtube.com/embed/txPvulerOW4?feature=oembed " frameborder="0" allow="акселерометр; автозапуск; запись в буфер обмена"referrerpolicy="strict-origin-when-cross-origin" allowfullscreen>

Все сводится к тому, как эти крылья взаимодействуют с воздухом», — заключает Коломенский. Людям и другим крупным животным воздух кажется легким и ветреным. Но насекомые, длина которых составляет всего несколько миллиметров, воспринимают воздух совсем по-другому, отмечает он. “В таких небольших масштабах они действительно ощущают воздух как очень вязкую среду», — объясняет он.”Подумайте о кленовом сиропе», — говорит он. “Вы получаете [такой] поток воздуха, если вы очень маленького размера.»Оказывается, жидкости ведут себя по-разному в небольших масштабах. Теперь преобладают вязкие силы. Здесь воздух не так легко проходит через небольшие зазоры, как в больших масштабах. Вместо этого он течет медленно и прилипает к поверхности, как сироп, прилипающий к ложке.В результате крошечные насекомые “почти не летают в воздухе”, — говорит Набави, аэрокосмический инженер. “Они на самом деле плавают в воздухе”.

Поскольку воздух действует как густая, похожая на сироп жидкость, он не проходит через щели в щетинках крошечных крыльев. Вместо этого она «застревает» и обтекает щетинки.

«Визуально кажется, что между [щетинками] много пустот», — говорит Коломенский. «Но для [воздуха] это непрозрачно. Поток движется по кругу.”

Моделирование в миниатюре

Чем меньше насекомое, тем более липким кажется воздух. Таким образом, исследователи создали компьютермодель. Они проанализировали, какая конструкция позволит этим крошечным насекомым махать крыльями с наименьшими усилиями, прежде чем ухудшатся их летные характеристики.

В этой модели учитывалось, насколько жесткими должны быть щетинки, чтобы они не сгибались. Он также проверил, насколько широко можно расположить щетинки без утечки воздуха.

<загрузка изображения="ленивое" декодирование="асинхронное" width="1440" height="749" src="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Cylindrosella_rev.png " alt="составное изображение, показывающее микрографическое изображение крошечного жука и форму его ощетинившихся крыльев" class="wp-изображение-3160677" srcset="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Cylindrosella_rev.png 1440 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Cylindrosella_rev-680x354.png 680 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Cylindrosella_rev-800x416.png 800 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Cylindrosella_rev-330x172.png 330 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Cylindrosella_rev-768x399.png 768 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Cylindrosella_rev-1030x536.png 1030 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Cylindrosella_rev-1380x718.png 1380 Вт" размеры="авто, (максимальная ширина: 1440 пикселей) 100 Вт, 1440 пикселей" />

Они обнаружили, что зазоры между щетинками увеличиваются по мере уменьшения размера крыла. У самых крошечных крылышек (0,3-0,5 миллиметра) было меньше всего щетинок, и они располагались дальше всего друг от друга. Крылья с меньшим количеством щетинок весят меньше. Это помогает этим насекомым махать крыльями с высокой скоростью, не затрачивая много энергии, отмечает Коломенский.

Более длинные крылья — те, что длиннее примерно на 1,7 миллиметра, — привели к появлению большего количества щетинок, причем расположенных более близко друг к другу. Поскольку эти щетинки становятся очень плотными, они в конечном итоге начинают больше походить на мембрану.

<загрузка изображения="ленивое" декодирование="асинхронное" width="1440" height="712" src="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Primorskiella.png " alt="составное изображение, показывающее микрографическое изображение крошечного жука и форму его ощетинившихся крыльев" class="wp-изображение-3160674" srcset="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Primorskiella.png 1440 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Primorskiella-680x336.png 680 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Primorskiella-800x396.png 800 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Primorskiella-330x163.png 330 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Primorskiella-768x380.png 768 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Primorskiella-1030x509.png 1030 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Primorskiella-1380x682.png 1380 Вт" размеры="авто, (максимальная ширина: 1440 пикселей) 100 Вт, 1440 пикселей" />

Наконец, команда обратила внимание на жесткость крыла. Крылья, которые слишком сильно изгибаются при взмахе, недостаточно сильно отталкиваются от воздуха, чтобы создать подъемную силу. Это сила, необходимая для удержания предметов в воздухе. Компьютерная модель показала, что как щетинки, так и то, к чему они прикрепляются, нуждаются в достаточной жесткости, чтобы сохранять форму крыла при каждом взмахе.

Исследователи поделились своими открытиями 22 августа в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

<загрузка изображения="ленивое" декодирование="асинхронное" width="1440" height="700" src="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Nephanes-titan.png " alt="составное изображение, показывающее микрографическое изображение крошечного жука и форму его ощетинившихся крыльев" class="wp-изображение-3160675" srcset="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Nephanes-titan.png 1440 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Nephanes-titan-680x331.png 680 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Nephanes-titan-800x389.png 800 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Nephanes-titan-330x160.png 330 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Nephanes-titan-768x373.png 768 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Nephanes-titan-1030x501.png 1030 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/10/1440_bristle_wing_Nephanes-titan-1380x671.png 1380 Вт" размеры="авто, (максимальная ширина: 1440 пикселей) 100 Вт, 1440 пикселей" />

“Крылья с щетинками — это продуманная механическая оптимизация”, — говорит Коломенский. Легкие, но прочные, они могут перемещаться в плотной, вязкой воздушной среде, получая достаточную подъемную силу для полета.

Инженеры могли бы позаимствовать те же приемы для создания миниатюрных летающих роботов, считает он. Например, стаи крошечных летающих роботов, которых иногда называют “робопеями”, могут летать по теплицам и опылять урожай. В качестве альтернативы, эскадрильи микро-дронов могут обыскивать разрушенные здания в поисках выживших или следить за состоянием окружающей среды.