أجنحة الفراشات المحلقة.. ديناميكا فريدة وبراعة في التصميم

على عكس الطيور أو النحل، تُظهر الفراشات حركات تحليق تبدو عشوائية ومتقطعة لكنها أبعد ما يكون عن ذلك، حيث يعود هذا النمط الغريب من الطيران في المقام الأول إلى التحكم الفريد في ميل الجسم.

وفي دراسة جديدة بدورية “فيزيكس أوف فلويدز” قام العلماء من جامعة بيهانغ الصينية بدراسة نمط طيران فراشة الملفوف الأبيض (بيريس رابي) وذلك لفهم تلك الآلية.

وللتوصل إلى هذه النتائج، استخدم الباحثون كاميرات عالية السرعة لتصوير الفراشات وهي تحلق بكل الأوضاع الممكنة.

وبعد ذلك، حلل الذكاء الاصطناعي آلاف الإطارات في الثانية من بيانات الطيران، وتتبع حركات الجسم ومواضع الأجنحة بتقنية ثلاثية الأبعاد، مما سمح للعلماء برؤية كيفية حدوث تغيرات درجة الميل في الوقت الفعلي أثناء الطيران، دون إزعاج الحشرة.

شيء مختلف

يعرف ميل الجسم بأنه زاوية جسم الفراشة بالنسبة للأرض، وتخيل الأمر كما لو كنت تميل جسمك للأمام أو للخلف أثناء محاولة البقاء في مكانك، فسيؤثر ذلك بالطبع على وضعك وقد تقع.

وتحوم معظم الكائنات الطائرة عن طريق إبقاء أجسامها بزاوية ثابتة (ميل جسم ثابت) مع رفرفة أجنحتها بسرعة، لكن تبين للباحثين أنه في حالة الفراشات، يتغير ميل الجسم باستمرار، ويتأرجح أحيانًا للأمام أو للخلف.

وبحسب الدراسة فإن هذا التعديل، إلى جانب تعديلات زوايا ميل أجنحتها، يسمح للفراشات بتوليد قوة كافية للحفاظ على طيرانها المحلّق.

ويأتي ذلك بشكل خاص لأن الفراشات تتميز بأنها ذات أجنحة خفيفة وكبيرة وسرعات رفرفة بطيئة (حوالي 7-15 مرة في الثانية) ويمكنها ذلك من ضبط ميل جسمها بشكل لحظي، مما يعطيها قدرات طيران يمكن وصفها بالاستثنائية.

وهذه التغييرات الطفيفة في درجة ميل الجسم ليست عشوائية، بل تساعد الفراشات على ضبط مقدار الرفع الذي تولده، أو البقاء في مكانها أو التحرك برفق.

تطبيقات واعدة

يفيد هذا النوع من الأبحاث في فهم كيفية تحليق الفراشات، الأمر الذي يمكن أن يساعد المهندسين على تصميم روبوتات طائرة دقيقة ذات قدرة مناورة مُحسّنة، حيث يُمكن أن يُؤدي دمج ديناميكيات حركة الجسم والجناح -التي تعلمها العلماء من الفراشات في تصاميم تلك المركبات الدقيقة- على القيام بمناورات رشيقة في الأماكن الضيقة، مما يجعلها مناسبة للملاحة الداخلية، ومهام البحث والإنقاذ، وعمليات المراقبة.

ومن خلال محاكاة رفرفة الأجنحة منخفضة التردد وتعديلات الجسم للفراشات، يُمكن للروبوتات الصغيرة الطائرة والمسيرات تحقيق طيران موفر للطاقة، مما يُطيل وقت التشغيل ويُقلل من استهلاك الطاقة.

ويُمكن لفهم التفاعل بين حركات الجسم والجناح في الفراشات أن يُساعد في تطوير خوارزميات تحكم تكيفية في الروبوتات، مما يسمح بطيران أكثر استجابة واستقرارًا في ظروف بيئية مُتغيرة.