Insects in Free Flight: Experiments, Computations, and Mathematical Analysis

自由飞行的昆虫:实验、计算和数学分析

基本信息

  • 批准号:
    0841089
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2008-09-01 至 2011-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Insect flight is a complex system comprised of multiple interacting elements. Despite recent progress in understanding the underlying unsteady aerodynamics, which are notably different from conventional aerodynamics, relatively little is known about how insects execute flight maneuvers and far less is known about the main mechanisms that determine the diverse behaviors seen in natural flight. We propose an integrated approach to the study of insect flight that incorporates high resolution kinematics of freely flying insects, aerodynamic analysis of wing and body motions, and dynamical systems analysis of these data that will lead to reduced order models. Specifically, we propose three high risk pilot studies: 1) develop automated tracking techniques for 3D flight data that will be essential for aerodynamic and statistical analysis of cross-species comparison of free flight behaviors, 2) provide for the first time a direct connection between the internal muscles to the external observables in free flight through aerodynamics analysis and direct measurements, and 3) perform novel mathematical analysis of stability of free flight and build tools for constructing data-driven reduced order models.We expect that this unprecedented integration of large experimental data sets and numerical analyses will transform research on insect flight. Our work will provide new tools to investigate fundamental issues relating to efficiency, stability, and control in animal locomotion. The techniques, algorithms and routines we develop will be distributed and made available to the research community through our web sites. The PI's will continue with their outreach activities which include: giving public lectures, providing K-12 teaching support, and organizing workshops.
昆虫的飞行是一个复杂的系统,由多个相互作用的元素组成。 尽管最近在理解潜在的非定常空气动力学方面取得了进展,这与传统的空气动力学明显不同,但对昆虫如何执行飞行机动知之甚少,对自然飞行中所见的各种行为的主要机制知之甚少。我们提出了一种研究昆虫飞行的综合方法,该方法结合了自由飞行昆虫的高分辨率运动学、翅膀和身体运动的空气动力学分析以及对这些数据的动力系统分析,从而产生降阶模型。具体而言,我们建议进行三项高风险试点研究:1)开发三维飞行数据的自动跟踪技术,这对于自由飞行行为的跨物种比较的空气动力学和统计分析至关重要,2)通过空气动力学分析和直接测量,首次在自由飞行中提供内部肌肉与外部可观察量之间的直接联系,3)对自由飞行的稳定性进行新的数学分析,并建立用于构建数据驱动的降阶模型的工具。我们期望这种前所未有的大型实验数据集和数值分析的集成将改变昆虫飞行的研究。我们的工作将提供新的工具来研究与动物运动的效率、稳定性和控制有关的基本问题。我们开发的技术,算法和例程将通过我们的网站分发并提供给研究社区。PI将继续开展其外展活动,包括:举办公开讲座,提供K-12教学支持,并组织研讨会。

项目成果

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  • 通讯作者:
    Z. Jane Wang
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知道了