Если вы когда-либо теряли равновесие, стоя в автобусе, который резко поворачивал на высокой скорости, или чувствовали, что ваш автомобиль заносит, когда вы слишком быстро поворачиваете за угол, вы испытали на себе действие центробежной силы. Поворот при одновременном движении вперед создает силу, которая оттягивает поворачивающийся объект от направления поворота. Чем быстрее вы едете и чем круче поворот, тем большую центробежную силу вы испытываете и тем выше вероятность того, что вы потеряете контроль.
Вот почему мы и другие животные склонны замедляться, когда приближаемся к повороту. Ученые наблюдали такое поведение у нескольких животных; тем не менее, лаборатория профессора Мандьяма Сринивасана является первой, кто математически проанализировал взаимосвязь между скоростью, кривизной и центробежной силой в этом явлении.
Пчелы сохраняют постоянную центробежную силу при повороте
В исследовании, проведенном аспирантом г-ном Махадишварой Мандиямом и профессором Шринивасаном из Квинслендского института мозга, UQ, использовалась высокоскоростная многокамерная система для захвата видеозаписей пчел, слоняющихся вне своего улья, когда вход был временно заблокирован, создавая «пчелиное облако» за пределами улья.
Этот тип полуоткрытого эксперимента «пчелиное облако» является первым в своем роде и значительно ближе к реальности, чем предыдущие эксперименты, использовавшиеся для изучения поведения пчел, избегающих столкновений.
Высокоскоростные видео были проанализированы математически, чтобы изучить поведение пчел в облаке.
Профессор Шринивасан и г-н Мандиям надеялись лучше понять сложный маневр сохранения желаемой траектории полета при повороте без нарушения центробежной силы.
Скорость пчел, ускорение и резкость поворота были рассчитаны с использованием векторного исчисления, чтобы выяснить, как пчелы сохраняют контроль во время поворота.
Ученые установили, что скорость пчел снижается при входе в поворот и увеличивается при выходе из него. Это математически подтверждает наблюдения за поворотным поведением других животных, таких как плодовые мушки, летучие мыши и лошади.
Примечательно, что пчелы могли поддерживать в значительной степени постоянное центростремительное ускорение при повороте, независимо от того, насколько крутыми были повороты или как быстро двигались пчелы, что сводило к минимуму влияние центробежной силы на траекторию их полета. Центростремительная сила притягивает объект к центру поворота, а центробежная сила отталкивает его от центра.
Пчелы замедляют свою скорость, чтобы поддерживать постоянную силу
Исследователи предположили, что это постоянное центростремительное ускорение было результатом активных усилий пчел по уменьшению «скольжения» или потери контроля, вызванной избыточной центробежной силой (например, когда автобус поворачивается слишком быстро, и вы падаете). управляя их скоростью.
"Когда пчела совершает поворот, она разумно уменьшает свою скорость соответствующим образом, так что центробежная сила, которую она испытывает, всегда остается постоянной", - сказал г-н Мандиям.
«Чем круче поворот и чем быстрее движется пчела, тем больше центробежная сила, с которой пчела будет сталкиваться; пчела решает эту проблему, замедляясь, когда она делает более резкие повороты», - сказал он.
Интересно, что пчелы не отдавали предпочтения поворотам влево или вправо, что может быть важным аспектом предотвращения столкновений у животных.
Исследователи также обнаружили, что пчелы сохраняли примерно одинаковое ускорение как во время праздношатающихся поворотов, так и во время близких столкновений с другими пчелами, а это означает, что динамика поворотов пчел была одинаковой, независимо от контекста.
В настоящее время исследователи изучают сенсорную информацию, используемую для управления маневрами по предотвращению столкновений во время этих встречных поворотов.
На пути к лучшему управлению полетом
Схемы полета пчел давно интересовали профессора Шринивасана и его лабораторию. Они надеются использовать более глубокое понимание поведения пчел в полете, чтобы использовать их в воздушных роботах и наземных транспортных средствах с расширенными возможностями управления полетом и навигации.
«Наша главная цель - увидеть, как пчелы избегают столкновений, что является основной целью моей докторской диссертации», - сказал г-н Мандиям.
Это понимание может быть использовано в робототехнике, а также применимо к самолетам, а также к наземным транспортным средствам.
"Если транспортному средству необходимо пройти крутой поворот, оно должно сделать это таким образом, чтобы центробежная сила находилась в определенных управляемых пределах, иначе оно может отскочить, что называется боковым скольжением."
"Мы можем применить наши знания о том, как пчелы совершают скоординированные повороты, в этих ситуациях, чтобы избежать бокового скольжения воздушных и наземных транспортных средств."