Latać jak mucha

Jedni lubią czuć powiew powietrza na twarzy, inni przeciążenia, ale kiedy sięgają opowieścią do swoich pierwszych myśli o lotnictwie wszyscy piloci zgodnie mówią o wolności, o szybowaniu jak ptak. Wymieniają dziesiątki gatunków szlachetnego ptactwa, jakie podziwiali: orły, sokoły, nawet kaczki. Nasuwa się pytanie, dlaczego nikt nie chce latać jak mucha?

Odpowiedź na to pytanie balansuje na krawędzi zabawnego banału i zdziwienia. Muchy lepiej niż naukowcy opanowały fizykę. Jak to możliwe? Współczesne aerodyny są najczęściej stałopłatami, co oznacza, że ich skrzydła nie poruszają się względem kadłubu, wyjątkiem są ornithoptery, które symulują ruch skrzydeł ptaka. Wszystkie jednak, podobnie jak ich pierwowzory, ptaki, wykonują lot przy laminarnym przepływie powietrza. Powietrze składa się z ustalonych warstw, które nie mieszają się, a skrzydło wykonuje płynny ruch miedzy nimi. Jest to bardzo teoretyczny model, ale najlepiej obrazujący lot samolotu. W rzeczywistości na krawędziach spływu, czy końcach skrzydeł powstają wiry powietrza. Każdy taki chaotyczny ruch powietrza opisywany jest, przez znaną nam aerodynamikę, jako zjawisko niekorzystne i niewątpiliwie trudne do opisania, a co za tym idzie do przewidzenia. Wiry tworzące się na skrzydłach przeciwstawiają się sile nośnej.

Walczymy więc, wraz z ptakami, z wirami powietrza. Mucha nie walczy. Mucha wykorzystuje wiry. Wracając do poprzedniego założenia, że mucha lepiej zna się na fizyce, można w końcu wyjaśnić, że lot muchy polega właśnie na tworzeniu wirów, których opis matematyczny jest dla ludzi tak trudny. Musze skrzydła wykonują cykle trzech ruchów, na które składa się oderwanie skrzydeł, obrócenie ich i powrót do pozycji wyjściowej. Każdy z tych ruchów wytwarza w powietrzu wiry i efektem każdego z nich jest powstanie siły nośnej. Mucha wykonuje podczas lotu kilkadziesiąt uderzeń skrzydłami na sekundę. Tak powstała siła nośna ma niewspółmiernie wyższą wartość, niż ta którą wytwarza lecący ptak.

Człowiek z pomocą aparatu matematycznego jest wstanie opisać ten proces w dość uproszczony sposób, pomijając w stworzonym przez siebie modelu wiele istotnych czynników. Ponieważ sam owadzi lot opiera się o tak skomplikowane zasady, tym trudniejsze byłoby sterowanie statkiem powietrznym wykonującym ruch trzepoczący (statek taki nazywa się entomopterem). Znaczącym krokiem w stronę zrozumienia jak muchy latają było utworzenie mechanicznego modelu Robomuchy przez Michaela Dickinsona. Pozwoliło to na obserwację zmian siły nośnej i oporu w czasie.

Opanowując teorię lotu trzepoczącego moglibyśmy stworzyć małe "mechaniczne muchy", tzw. MAV – z angielskiego Micro Aerial Vehicle, czyli małe obiekty latające o zdolnościach lotnych owadów. Wykonywałyby one lot bez gwałtownych zmian wysokości, ale pozwalający na zawis i wykonanie manewru bez przemieszczenia liniowego. Umożliwiłoby to rozszerzenie wahlarza metod poznawczych i badawczych. Przykładowym zastosowaniem MAV byłoby dodanie ich na wyposażenie łazików wysyłanych w przestrzeń kosmiczną. Ich zwrotność i możliwość podlecenia w trudno dostępne miejsca niewątpliwie stanowiłoby zaletę podczas filmowania. Ponadto, choć w chwili obecnej trudno jest jednoznacznie to określić, możliwe, że ich lot byłby mniej energochłonny, z powodu wytwarzania większej siły nośnej.

Zagadnienie entomopterów utrzymuje się na styku kilku pozornie niezwiązanych ze sobą nauk: fizyki, automatyki i najważniejszej: biologii. Obserwacja przyrody od zawsze inspirowała ludzi. Natura pośrednio dała ludziom skrzydła i być może jest tylko kwestią czasu, aż wykorzystamy "wiedzę" muchy domowej.