В отличие от более крупных насекомых, птиц и самолетов, трипсы не полагаются на подъемную силу, чтобы летать. Вместо этого крошечные насекомые полагаются на механизм полета на основе сопротивления, удерживая себя на плаву благодаря скорости воздушного потока с большим отношением силы к размеру крыла. Ветер пропорционально сильнее, когда вы крошечное насекомое с крыльями, измеряемыми в микромасштабе.
Передний вихрь заметно разряжается при таком крошечном размере, поэтому может быть создана небольшая подъемная сила. Автор Юнган Цзян объяснил, что причиной этого является сверхнизкое число Рейнольдса, которое представляет собой соотношение между инерционными и вязкими силами в жидкости, такой как воздух.
Хотя исследования на основе моделей подтвердили механизм перетаскивания крошечных насекомых, модели не являются биологически достоверными. Крыло трипа может иметь от 45 до 120 щетинок в виде волос, отходящих от перепонки крыла.
Несмотря на растущую точность микроэлектромеханических систем, предыдущие исследования рисковали неточными расчетами силы сопротивления, поскольку они не включали длину, угол или количество щетинок.
В исследовании, опубликованном на этой неделе в Журнале прикладной физики от AIP Publishing, исследователи провели первое испытание силы сопротивления на крыле реального трипа при постоянном потоке воздуха в лабораторной аэродинамической трубе.
Основываясь на опыте микротехнологии и наномеханики, Цзян создал эксперимент, в котором крыло трипа было приклеено к самочувствительному микрокантилеверу, который использует пьезорезисторы для измерения напряжения, которое используется для расчета силы сопротивления на крыле.
Исследование служило для количественной оценки аэродинамических характеристик крыльев, тщательного изучения того, сколько воздуха просачивается через щетинное крыло и как проницаемость воздушного потока влияет на силу сопротивления на единицу площади.
Конструкция с натуральной щетиной может быть полезна при разработке крошечных летающих или плавающих роботов, сказал Цзян, а также датчиков потока и датчиков газа, в которых структура с щетиной может повысить чувствительность.
Авторы планируют дополнительно изучить использование микрокантилевера для изучения механизма полета трипа и кинематики крыла, включая угол атаки, различные углы, под которыми трип может расположить свое крыло, и то, как это влияет на силу сопротивления в полете.