Камера-паук рассмотрела свободный полет насекомых вблизи
Французские инженеры создали инструмент, позволяющий снимать свободный полет насекомых вблизи. По принципу работы он похож на камеру-паука, используемую на стадионах: каркас с камерами закрепляется на тросах, позволяющих свободно перемещать его в любую сторону в пределах рабочей зоны. В новой установке алгоритмы быстро отслеживают траекторию насекомого внутри каркаса и сдвигают его, чтобы насекомое постоянно оставалось внутри. Это позволяет исследовать особенности полета определенных видов, не ограничивая их движения, что позволяет получать данные, максимально приближенные к поведению в естественной среде, рассказывают авторы статьи в .
Изучать полет насекомых довольно трудно из-за их размера. Как правило, для этого используют два подхода: с механической фиксацией насекомого или в свободном полете. Первый способ позволяет снимать насекомого максимально близко, с хорошим разрешением. Но получаемые таким образом данные ценны не для всех исследований, потому что фиксация, например, с помощью нити, ограничивает движения и не позволяет полностью воспроизвести естественные движения. Свободный полет заснять сложнее, обычно для этого используют либо аэродинамическую трубу, либо полностью свободный полет возле цветка. Первый способ ограничивает спектр возможных движений, а второй подходит лишь для определенных видов.
Инженеры под руководством Доминика Мартинеса (Dominique Martinez) из Университета Лотарингии создали систему, позволяющую снимать полет насекомых вблизи, при этом не ограничивающую их движения, и не специфичную для видов с определенным поведением, например, сбором нектара с цветов.
По своей конструкции система напоминает камеру-паука, которую часто используют на стадионов для съемки. Она подвешивается на тросах за края стадиона и за счет сматывания и разматывания определенных тросов она может перемещаться и зависать в воздухе почти в любой точке над полем, давая хороший ракурс для трансляции. Новая система гораздо меньше: внешняя рама имеет размеры 6 × 4 × 3 метра, а внутри нее на тросах, закрепленных за лебедки в углах рамы, подвешен куб с ребрами длиной 30 сантиметров.
Грани куба оставлены пустыми, но рядом с ними с внешней стороны закреплены две камеры и инфракрасный излучатель для отслеживания положения насекомого, и основная высокоскоростная камера для съемки полета. Насекомые могут летать с высокой скоростью, поэтому алгоритм управления положением куба не только отслеживает текущее положение объекта съемки, но и анализирует траекторию, чтобы заранее начать двигаться в такую же сторону. Новое положение для куба рассчитывается каждые 10 миллисекунд.
На первом этапе испытаний авторы давали алгоритму расчета движений не реальные текущие данные о траектории, полученные с камер, а траектории насекомых нескольких видов, записанные заранее в аэродинамической трубе. Это позволило в целом проверить работоспособность установки, а также определить предельные значения: оказалось, что она справляется со скоростями до 3,6 метра в секунду и ускорениями до 17 метров на секунду в квадрате.
На втором этапе разработчики использовали установку для наблюдения за шестью особями мотылька совки-эпсилона (). Представители этого вида имеют размеры около двух сантиметров и способны летать со скоростью до трех метров в секунду. Внутри куба инженеры установили небольшую подставку — насекомое кладут на нее перед съемкой, а затем дожидаются, пока оно взлетит само, или начинают нагревать подставку. После взлета платформа падает благодаря электромагниту.
Испытания показали, что система способна работать в реальных условиях с настоящими насекомыми, а также позволила авторам проанализировать особенности полета мотылька. Выяснилось, что наклоны его тела меняются вместе с наклонами плоскостей крыльев, что согласуется с существующими моделями и наблюдениями.
В 2017 году немецко-австрийская группа инженеров создала другую систему съемки насекомых в свободном полете. Она состоит из большого цилиндра, на стенках которого отображается виртуальный мир. Однако полностью свободной такую систему назвать нельзя, потому что она стимулирует насекомое повернуть, меняя положение виртуальных объектов.