צפו בנחשים מעופפים: הם לא צריכים מטוס

נחשים לא תמיד עפים, אבל כשהם עושים זאת, הם גולשים בחן שאין שני לו בממלכת החיות. נחשי עצים במין Chrysopelea paradisi מתגלים מצד לצד כשהם ממראים כלפי מטה מענפים - נפילה תהיה מילה לא אלגנטית מדי - ונוחתת במרחק של 100 רגל. כאשר הנחשים המעופפים הללו מתפתלים ומסתובבים, הם גם משטחים את גופם, מתכרבלים פנימה מלמטה. השילוב הייחודי הזה של מהלכים ושינויים מעניק להם את הכוח של טיסה מבוקרת בגלישה, כמו שחייה באוויר.

ג'ייק סוצ'ה ועמיתיו הבינו איך הם עושים את זה על ידי בניית מודל נחשים תלת-ממדיים, הפעלת המון סימולציות ורגישות לנחשים בגובה מטר וחצי שמזנקים לאוויר סביבם.

סוצ'ה, עוזר פרופסור וביומכניסט בווירג'יניה טק, הראה לפני כמה שנים כי אלה נחשים מעופפים מזיזים את גופם דמוי החוט בשתי דרכים בו זמנית כשהם עפים. הם מתפתלים כמו שוט, אולי משתמשים באותם שרירים שהם היו משתמשים כדי להחליק על הקרקע. והם משטחים את החלק התחתון שלהם, מה שסוצ'ה חושב שהם משיגים על ידי הארכת שרירים לאורך כל גופם, בערך כמו איך שקוברה מכסה את צלעותיו.

כך או כך, השטחת התחתית הזו גורמת לנחשים להידמות לטיפת מסטיק (או ראש דארת' ויידר, או פעמון מדוזה, או גריימס). סוצ'ה מסביר זאת כך: "דמיין שלקחת את הנחש שלך, שהוא רק גליל ארוך, ואתה למעשה חותך אותו בחתכים רוחביים. אתה חותך אותו לשניים ומסתכל עליו מקצה לקצה. ברגע שאתה חולף על פני כל הדם והקרביים ודברים כאלה ומסתכלים על הצורה, זה כמו עיגול, זה עגול. אבל באוויר הוא מקבל צורה משולשת. יש לו שני קצוות קטנים שמצביעים כלפי מטה בתחתית; זה כמעט קעור."

בהשוואה לדברים מעופפים יעילים מאוד, כמו הקצה המוביל היעיל של ציר האוויר של מטוס, זה לא נראה אווירודינמי במיוחד. אבל זה כך באופן מפתיע, גילו סוצ'ה ועמיתיו. כל גופו של הנחש מקבל צורה זו, המאפשרת לכל גופו ליצור עילוי. הנחש הוא כעת כנף. הסרטון הזה מדגים עד כמה זה עובד:

הצוות רצה להבין את מקדם העילוי של הנחש ותכונות אחרות של אווירודינמיקה. אבל הם לא יכלו בדיוק להפיל נחשים לתוך מנהרת רוח, אז הם השתמשו במדפסת תלת מימד כדי ליצור מוט פלסטיק בצורת תצורת טיסה, שאותו הם בדקו לאחר מכן במיכל מים עם לייזרים. חיישנים בדגם דיווחו על כוחות המים הזורמים סביב המוט, ששימש פרוקסי לאוויר שזורם סביב נחש מעופף.

בבדיקות חוזרות ונשנות, הם הטו אותו בזוויות התקפה משתנות מ-10 עד 60 מעלות. זווית ההתקפה עובדת כך: אם אתה מוציא את היד שלך מחלון של מכונית בתנועה ומחזיק אותה שטוחה לרוח, זווית ההתקפה שלך היא אפס. החזק את זה כאילו אתה אומר STOP, וזו זווית התקפה של 90 מעלות (מקום רע להיות בו כדי ליצור עילוי). לאורך מסע ההטיה של דגם הנחש, הצוות מצא שהטיה של 35 מעלות יצרה את ההרמה הגדולה ביותר - אבל הנחש המעופף יוצר עילוי אפילו בזוויות קיצוניות.

"אנחנו חושבים שזה עוזר להסביר איך זה עובר את המסלול שלו. כשהוא קופץ החוצה, הוא בעיקר נופל, והוא יורד בזווית תלולה - אבל למרות זאת, זה יכול ליצור עילוי", אומר סוצ'ה. "לא הופתענו מכך שהוא הפיק מעט עילוי, אבל הופתענו שהוא הצליח כל כך טוב".

לאורך יותר מעשור של עבודה עם נחשים מעופפים, סוצ'ה צפה ג. paradisi עף מתוך עצים בגני חיות ובטבע. הוא עבד עם כמה מקרוביו הקרובים, אבל הם לא משתטחים באוויר כמו המין הזה. התצורה הזו עשויה להיות קשורה למה הם פליירים כל כך טובים.

לסוצ'ה יש כ-20 נחשי עצים במעבדה שלו, ובהמשך הוא רוצה לחקור את מעטפת הטיסה התלת מימדית שלהם, כולל איך הגלים הגליים שלהם נכנסים לתמונה. כל זה יכול להיות שימושי גם עבור מעצבי רובוטיקה, הוא מציין.

"אם היית יכול ליצור נחש רובוטי שהיה מסוגל לעשות דברים מגניבים של רובוט נחש, כמו לעטוף מוטות ולטפס עליהם, או להיכנס לרווחים קטנים בין ההריסות, זה יהיה מסודר אם תוכל גם לגרום לאותו רובוט לעוף באוויר", הוא אומר.

הנייר מופיע ב כתב עת לביולוגיה ניסויית.

התייחסות: Holden, D., Socha, J. J., Cardwell, N. ו- Vlachos, P. פ. (2014). אווירודינמיקה של הנחש המעופף Chrysopelea paradisi: כיצד צורת חתך גוף בלוף תורמת לביצועי גלישה. י. Exp. ביול. 217, 382-394.