Ikarosz óta próbáljuk ellesni a természetben fellelhető megoldásokat, hogy magunk is repülő szerkezetet építhessünk. Napjainkra a repülés ugyan mindennapossá vált, azonban még mindig van mit tanulni, hogy a szélsőséges időjárásnak is ellenálló, gazdaságosabb, biztonságosabb gépeket tudjunk készíteni. Jó alap erre a szúnyog esőben történő repülésének tanulmányozása, hiszen minden egyes csepp súlya több tízszerese a szúnyogénak. Ezért feltehetjük a kérdést, miért van az, hogy a szúnyog mégsem sérül meg, ha eltalálja egy esőcsepp.

A XXI. század egyik legnagyobb technológiai szenzációja, a rovar-méretű repülő robotok, az úgynevezett „mikro-légijárművek” (micro-airborne vehicles, MAVs) kifejlesztése. A robotoknak számos alkalmazása lehetséges, például természeti csapás, terror-cselekmény, stb.. esetén felderítési-mentési műveletek elvégzése, de nagy tömegek felügyeletére vagy távoli műtétekre is bevethető. Ezek mérnöki tervezése során nagy hangsúlyt fektettek a természetben előforduló, így a madarak és rovarok repülési technikájának jobb megértésére is. Komoly előrehaladást értek el az egyirányú, egyenes vonalú repülés megismerésében, azonban még kevés információ áll csak rendelkezésünkre a repülő állatok esőben és szeles időben történő előrehaladásának módjáról.

A ma forgalomban lévő repülőgépeknél egyértelmű, hogy a csapadék megnehezíti a haladást. Jelenleg a viharos eső hatásait, (2-5 % megnövekedett teher, 7-29 % nehezített emelkedés, az átesési szög 1-5°-os csökkenése) a szárnyak állásának módosításával igyekszik tompítani. Ez a madarak szárnyának vízlepergető technikájával hozható párhuzamba. Nehezen lenne alkalmazható viszont az olyan apró repülő élőlényeknél, amelyek kisebbek, mint maga az esőcsepp. Az ő esetükben általában a hidrofób viaszréteggel bevont a szőrök, illetve a szárnyak megváltozott mozgása általi egyensúlyozás, test-stabilizálás a jellemző.  A szőrök erős víztaszító képessége azonban magas páratartalom, sűrű köd esetén kialakuló nagyjából 20 µm-es cseppek esetében hatékony csak. Egy esőcsepp a szúnyogok méretével megegyező nagyságú (3 mm), súlyban azonban akár 50-szerese is lehet az állaténak (4–100 mg). Ha ehhez hozzászámoljuk az esés közben bekövetkező gyorsulást, a becsapódás pillanatában akár a szúnyog, súlyának 100-szorosával is ütközhet.

Andrew K. Dickerson és csoportja, a Georgia Institute of Technology munkatársai a könnyebb megértéshez nagy sebességű (high-speed) videó felvételeket alkalmaztak kísérletükben, ahol 6 db kifejlett Anopheles szúnyogot vizsgáltak hálós tetejű akril dobozokban (néhány percenkénti megrázással biztosítva, hogy a rovarok nem szállnak le). Számolva azzal, hogy egy átlagos szúnyog felülete 30-40 mm² (Am = 30-40 mm²) és egy m1= 16 mg súlyú esőcsepp I ≈ 50 mm∕h intenzitással esik, egy álló helyzetben lévő szúnyogot úgy 25 másodpercenként talál el egy csepp (Δt=m1∕ IρAm= 25 s) ahol ρ= a víz sűrűsége. Minthogy a rovar testének ¾-ét a szárnyak és a lábak teszik ki, statisztikailag valószínűbb, hogy itt éri a becsapódás.

Az eredmények alapján az átlagos végsebességnél nagyobb, 9 m/s „m” sebességgel kilőtt cseppel való találkozás után a szúnyog még 39 mm-t (testhosszának 13-szorosa) zuhan lefelé, mire oldalirányú mozgással kitér. Mindez azonban semmilyen károsító hatással nincs rá, hacsak nem csapódik be a földbe a zuhanás során. A szárnyat ért nyomás következtében a szúnyog megdől, elbillen, vagy teljesen megfordul (amplitudója θ ≈ 50° ≈ 0,9 rad) miután eredeti helyzetét 10-2 s után nyeri vissza. Érdekes módon a csepp formája ugyan torzul, de nem fröccsen szét.

 

 

A, vízcsepp hatása alulról megtámasztott szúnyogra, illetve a két test relatív mérete,
B, a kísérleti doboz sematikus felépítése
C, a szárnyat ért csepptől való kitérés folyamata. a grafikon a szúnyog fordulásának szögét, a rózsaszín oszlop a cseppel való érintkezés idejét mutatja.
D, a középpontot ért találkozás utáni zuhanás folyamata. a grafikon a szúnyog (fekete) és a csepp (kék) függőleges helyzetét mutatja az eltelt idő függvényében.
 

 

Teljesen más képet kapunk azonban, hogyha az ütés a szúnyog tömegközéppontját, pl a fejét vagy a szárnyak közötti részt éri. Ekkor teljesen átveszi a csepp sebességét, melyet nem befolyásol a találkozás. Bizonyos idő után azonban ekkor is képes az oldalsó kitérésre. Az azonban fontos, hogy a kitérés még a levegőben megtörténjen, hiszen a talaj elérésével egy másodlagos becsapódást is elszenved az állat.

Forrás: Phys.org, PNAS, Kép

2012. június 13.

Király Kata