Как летучие мыши натягивают свои крылья
Чтобы крылья не гнулись при полёте, летучие мыши управляют их жёсткостью с помощью специальных нитевидных мышц, протянутых через всё крыло.
Крыло оказалось на редкость удачной выдумкой эволюции, достаточно вспомнить птиц и насекомых (хотя происхождение крыла, его формирование в ходе индивидуального развития у тех и у других совершенно разное). Более того, даже некоторые млекопитающие соблазнились возможностью свободного полёта – мы говорим, конечно же, о рукокрылых, о крыланах и летучих мышах, которые тоже обзавелись крыльями.
Однако если мы присмотримся к насекомым и птицам, то обнаружим, что их крылья относительно жёсткие, во всяком случае, если сравнивать их с кожистыми перепонками рукокрылых. Интуитивно понятно, что аэродинамические характеристики зависят от формы крыла. Если крыло жёсткое, то понятно, что от него ждать, и полёт будет предсказуемым. С другой стороны, если крыло гибкое, если оно может менять форму, это можно использовать для сложных манёвров. Но если его форма будет меняться внезапным и непредсказуемым образом, полёт может закончиться аварией.
Рукокрылые, несмотря на гибкие крылья, летают вполне успешно, их манёвренности позавидовали бы даже некоторые птицы. Общая форма крыла у летучих мышей поддерживается костями, но кожа, натянутая между ними, совсем не жёсткая и может надуваться и опадать под напором воздуха. Однако у летучих мышей есть специальный механизм, не позволяющий гибким частям крыла произвольно гнуться и менять форму. Механизм этот описывают в своей статье в Bioinspiration and Biomimetics Йорн Чейни (Jorn Cheney) и его коллеги из Университета Брауна. Исследователи вспомнили про особые нитевидные мускулы, растянутые прямо в коже крыльев летучих мышей – их обнаружили ещё сто лет назад, но для чего именно они предназначены, до сих пор никто не знал.
Исследователи установили, что одной такой мышечной нити недостаточно для того, чтобы изменить форму крыла. Отсюда появилось два предположения: первое – что эти мышцы всё-таки меняют форму крыла, но для этого им нужно работать вместе, второе – что эти мышцы служат лишь чем-то вроде датчиков натяжения. С помощью электродных сенсоров, прикреплённых к крыльям ямайских листоносов, исследователи установили, что правильной оказалась первая гипотеза: напрягаясь и расслабляясь, нитевидные мускулы регулировали жёсткость крыла. Когда крыло двигалось вниз, мышцы делали его более жёстким, когда крыло двигалось вверх, они, наоборот, расслаблялись. И работали они при этом коллективно и синхронно, причём ритм их работы зависел от скорости полёта: если летучая мышь ускорялась, мышцы натягивались и расслаблялись быстрее.
То есть нитевидные мускулы в крыльях не были пассивной арматурой, напротив, они реагировали на изменения в манере полёта и приспосабливали крыло к новым аэродинамическим условиям. При этом, однако, авторы не исключают, что эти мышцы могут выполнять и сенсорную функцию – полученные данные ничуть этой возможности не противоречат.
Известно, что механизм полёта летучих мышей пытаются повторить в проектируемых искусственных летательных аппаратах – инженеры хотят понять, какие плюсы в полёте может дать именно такая конструкция крыла, как у рукокрылых. В том же Университет Брауна исследователи давно и плотно изучают аэродинамику летучих мышей, и даже создали для этого искусственное роботизированное крыло; очевидно, теперь это крыло надо будет снабдить дополнительными характеристиками, которые меняли бы его эластичность в зависимости от текущей обстановки – подобно тому, как это происходит у настоящих рукокрылых.
