פיתוח כלי טיס זעירים וייחודיים בעקבות עש הטבק

חוקרים במחלקה לזואולוגיה של אוניברסיטת תל אביב חשפו את מנגנון ההמראה של כנימת עש הטבק – יצור זעיר, שגודל גופו כמילימטר, והוא מוכר יותר כמזיק הפוגע במגוון גידולים חקלאיים.

במחקר התגלה כי הכנימה משגרת את עצמה לאוויר במהירות עצומה, ואחר כך מתייצבת בעוד כנפיה מקופלות, באמצעות התנגדות האוויר של משטחי קצות הכנפיים. הגילוי עשוי לסייע למהנדסי תעופה לפתח בעתיד כלי טיס זעירים בעלי מנגנון המראה ייחודי ויעיל.

"בשנים האחרונות גוברת בעולם מגמה של שיתופי פעולה בין ביולוגים למהנדסים, במטרה ללמוד מחוכמתו של הטבע, ולפתח כלים לשירות האדם הנסמכים על מיליוני שנות אבולוציה בעולם החי" מסביר ד"ר גל ריבק, שהוביל את המחקר בסיוע הסטודנט איל דפני. "במעבדה שלי אנחנו מתמקדים בתחום הביומכניקה של התעופה בבעלי חיים. בין היתר אנו מנסים לברר כיצד משפיע גודל גופו של בעל החיים על האווירודינמיקה שלו, ואיך ניתן לחקות יצורים מעופפים כדי לתכנן כלי טיס טובים יותר. במחקרנו האחרון התבוננו בכנימת עש הטבק, וגילינו מנגנון המראה ייחודי: הכנימה מצליחה להמריא ולייצב את עצמה באוויר – עוד לפני שהוא פורשת כנפיים."

החוקרים צילמו את הכנימות במצלמות וידאו מיוחדות שמצלמות 3000-2000 תמונות בשנייה, ואחר כך צפו בתמונות במהירות איטית פי 50 מהתהליך המקורי – שנמשך פחות מ-12 אלפיות השנייה. "ראינו שבניגוד לרבים מבעלי הכנף שאנו מכירים, הכנימה אינה ממריאה על ידי פרישת ונפנוף הכנפיים" אומר ד"ר ריבק. "ראשית היא דורכת מעין 'קפיץ ביולוגי', ומשגרת את עצמה כלפי מעלה בכוח אדיר ובתאוצה עצומה (פי 34 מתאוצת הכבידה). השיגור מערער את יציבות הכנימה, וגופה מתחילה להתגלגל באוויר, אך היא מצליחה לעצור את תנועת הגלגול באופן כמעט מיידי – כאשר כנפיה עדיין מקופלות וצמודות לגוף".

כדי לחשוף את סוד ההמראה וההתייצבות של הכנימה בנו החוקרים מודל ממוחשב של גוף הכנימה והאווירודינמיקה שלה. המודל הראה כי הכנימה נעזרת בהתנגדות האוויר כדי להתייצב, ושהאיבר האחראי להתייצבות הוא קצות הכנפיים.

פרסום

"גילינו שכשהכנפיים מקופלות לצדי הגוף, מחצית משטחן בולט מעבר לאורכו של הגוף, וששטח הכנף הבולט מייצר התנגדות אוויר שעוצרת את תנועת הגלגול," אומר ד"ר ריבק. "למעשה, מנגנון הייצוב הוא אוטומטי: הכנימה אינה צריכה לעשות דבר כדי להפעילו, שכן הוא מובנה מלכתחילה לתוך כנפיה."

כדי לאשש את ממצאי המודל, בחנו החוקרים כנימות במעבדה, ומצאו כי אכן, כנימות שקצות כנפיהן קוצצו אינן מצליחות להתייצב באוויר, וממשיכות להתגלגל.

"לממצאים שלנו עשויה להיות משמעות רבה עבור מהנדסי התעופה, השואפים לפתח מעופפים מלאכותיים זעירים למטרות שנות. אנו סבורים שעל ידי חיקוי כנימת עש הטבק נוכל לתכנן מנגנוני המראה וייצוב יעילים הרבה יותר מאלה הקיימים היום." אומר דר' ריבק.

המחקר, שהתפרסם בכתב העת Journal of Experimental Biology , הוצג בכנס מיוחד שנערך בתחילת השבוע בכפר בלום ושעסק בחיבור בין מכניקה לפיזיולוגיה בבעלי חיים מעופפים. הכנס אורגן ביוזמתו של ד"ר גל ריבק מאוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם חוקרים מאוניברסיטת חיפה ומאוניברסיטת בן-גוריון, והשתתפו בו 18 מדענים מובילים – 12 ביולוגים ו-6 פיסיקאים ומהנדסי אווירונאוטיקה, ביניהם ארבעה מאוניברסיטת תל אביב, ושבעה מאוניברסיטאות מובילות בעולם – ארה"ב, גרמניה, קנדה והודו.