Autonomní navigace dronů podle vzoru moskytů

Ultrazvukový sonar netopýrů je známá věc, vědce z japonské Chiba University, ale zaujalo, že moskyt také létá v noci bezpečně a žádný složitý ultrazvukový systém k tomu nepotřebuje. Místo toho je citlivý na odrazy vlnění vzduchu způsobeného jeho křídly. Tomuto principu detekce překážek se říká mechanosensing nebo také aerodynamické zobrazování (aerodynamic imaging) - a právě díky němu může hmyz sající krev létat v noci, kdy jsou jeho oběti snadněji napadnutelné.

Konkrétně to vypadá tak, že každé mávnutí křídel vyvolá vzdušnou vlnu, která se šíří od letícího tvora, naráží na okolní překážky a odráží se od nich v závislosti na její vzdálenosti a tvaru. Tyto odrazy zachycují tykadla na hlavě moskyta a citlivý orgán u jejich kořene (tzv. Johnstonův orgán) předává takto získané informace do mozku. Tak si moskyt vytváří jakýsi obraz okolí, aniž by k tomu potřeboval speciální smyslový orgán. Díky tomu může na kůži své oběti přistát velmi jemně, aniž by si toho všimla.

obr: Znázornění vzduchových vln v okolí moskyta pomocí vysokorychlostních kamer. Kredit: Chiba University

Ve velkém znají obdobný jev piloti letadel a vrtulníků pod označením přízemní efekt. Při přiblížení k zemi je intenzita odrazů vzduchových vln od povrchu tak intenzivní, že stroji poskytuje dodatečný vztlak. Komáří systém je ale mnohem jemnější a citlivější.

Japonští vědci se spojili s odborníky několika evropských univerzit (University of Leeds, University of Brighton, Royal Veterinary College), aby detailně prozkoumali funkci tohoto systému pro využití při navigaci autonomních létajících robotů Posloužily jim k tomu záběry vysokorychlostních kamer zobrazující vzdušné vlnění vznikající při letu komára Culex quinquefasciatus i jeho odrazy od okolí. Kromě jiného se ukázalo, že odražené vlny se sbíhají nad hlavou hmyzu, tedy právě tam, kde má citlivá tykadla. Výzkum také prokázal, že moskyt může takto detekovat překážky až na vzdálenost dvacetinásobku délky křídel, což je mnohem víc, než se původně předpokládalo.

"Naše práce dokázala, že komáři pro svou navigaci za letu opravdu používají nekonvenční aerodynamiku," komentoval práci výzkumného týmu jeho šéf Richard Bomphrey. "Je to nejen významný příspěvek k poznání evoluce hmyzu, ale i zdroj cenných dat pro inženýry vyvíjející systémy inspirované přírodou."

Ti se výzkumem opravdu nechali inspirovat: použili získané poznatky pro vývoj kvadrokoptéry, která by monitorovala své okolí prostřednictvím odrazů vln způsobených vrtulemi. Jimi zkonstruovaný systém už předvedl bezpečné samostatné přistání na základě detekce přízemního efektu.

obr: Dron přistávající pomocí aerosensingu okoukaného od moskyta. Kredit: Chiba University

Jan A. Novák

obr v titulu: Kredit Chiba University