Les chercheurs qui étudient les libellules ont rassemblé la description la plus complète d’un système sensoriel d’aile d’insecte jamais enregistrée.
L’équipe de recherche, dirigée par le Dr Huai-Ti Lin, du Département de bio-ingénierie de l’Impérial, s’efforce de comprendre comment les insectes volants surveillent l’état de leurs ailes en temps réel et réagissent aux changements de flux d’air en étudiant des capteurs sur l’aile.
Il est prévu qu’en étudiant les capteurs d’aile utilisés par les insectes et autres animaux volants, les chercheurs seront en mesure de comprendre quelles sont les informations critiques nécessaires pour construire des ailes plus efficaces sur des avions ou d’autres machines qui contrôlent le flux d’air.
Les ailes des animaux se déforment en se pliant et en se tordant pendant le vol de manière à améliorer la portance, à faciliter le contrôle du vol et à atténuer les dommages ; un processus qui nécessite des mécanocapteurs qui répondent au flux d’air local et à la pression exercée sur l’aile.
Sans une carte complète du réseau sensoriel, les tentatives passées d’analyser la mécanique des ailes et de modéliser les stratégies de contrôle de rétroaction utilisées en vol ont été pour la plupart hypothétiques.
Pour bien comprendre le fonctionnement des ailes déformables, les chercheurs doivent savoir quels mécanocapteurs se trouvent sur l’aile et comment ils sont câblés et distribués.
L’équipe de recherche a trouvé un nombre étonnamment élevé de capteurs sur les libellules et les demoiselles. Deux des 15 espèces étudiées font l’objet d’une enquête approfondie : l’espèce de libellule à ailes jaunes (Perithemis tenera) et l’espèce de danseuse à front bleu (Argia apicalis) de demoiselle.
Les chercheurs estiment que la libellule à ailes ambrées orientales aurait plus de 3 000 capteurs d’ailes sur ses quatre ailes, tandis que l’espèce de demoiselle en aurait environ la moitié de ce nombre.
Le Dr Lin a déclaré: « Depuis longtemps, nous savons que toutes les ailes des animaux volants ont des mécanocapteurs et c’est la même chose avec les insectes, mais nous avons été surpris par la variété et le nombre de neurones sensoriels qui existent sur l’aile. Nous ne m’attendais pas à en trouver autant.
« Le maintien des neurones coûte pas mal d’énergie métabolique, ce qui signifie que l’animal investit beaucoup dans ce système sensoriel. La prochaine grande question est de savoir quel type d’informations cela ramène-t-il ? »
Crédit : Imperial College de Londres
Application des résultats à la conception des ailes
La deuxième étape de la recherche, qui est en cours, consiste à enregistrer les signaux neuronaux provenant de l’aile tout en appliquant un flux d’air dessus pour décoder ce que ces signaux représentent pendant le vol.
Cela se connectera à une troisième étape de recherche simultanée, qui explorera des stratégies qui pourraient être appliquées directement à la conception des ailes, sur la base des résultats de la première étape sur les types de capteurs placés sur l’aile et sur la façon dont l’aile se déforme.
Un exemple donné par le Dr Lin était la découverte d’un capteur placé dans un motif qui semble détecter la séparation du flux d’air, ce qui peut entraîner le décrochage des ailes.
Le Dr Lin a déclaré: « Quelque chose que nous pourrions mettre en œuvre sur les ailes des avions serait un modèle de capteurs de débit qui peuvent prédire quand et où le décrochage se produit en temps réel.
« Ce serait une information très précieuse pour le contrôle de vol car l’aile sera généralement capable de détecter quelque chose qui se passe avant que le corps principal de l’avion ne commence à avoir une sorte de vibration. En plaçant des capteurs directement sur l’aile, vous pouvez détecter ces choses beaucoup plus tôt, en particulier dans un flux d’air instable qui est difficile à modéliser et à prendre en compte dans le contrôleur de vol de série.
« La conception des ailes est importante, des voitures de F1 aux éoliennes. Nous nous attendons à ce que la détection d’aile bio-inspirée joue un rôle dans la conception fonctionnelle des futures ailes. »
« La caractérisation systématique des mécanocapteurs d’aile qui surveillent le flux d’air et les déformations de l’aile », par Joseph Fabian et al., est publiée dans iScience.
Joseph Fabian et al, Caractérisation systématique des mécanocapteurs d’aile qui surveillent le flux d’air et les déformations des ailes, iScience (2022). DOI : 10.1016/j.isci.2022.104150