Loài côn trùng bay không cần vỗ cánh, xòe chân để ‘đón gió’

Tại Hội nghị nghiên cứu vật lý quy mô toàn cầu APS Global Physics Summit, các nhà khoa học đã trình bày một cơ chế bay độc đáo của loài ruồi hạc, một loài côn trùng nhỏ bé nhưng sở hữu chiến lược di chuyển khiến giới vật lý bất ngờ.

Không giống phần lớn côn trùng phải liên tục vỗ cánh để duy trì độ cao, loài này có thể lơ lửng trong không khí với đôi cánh gần như bất động. Bí mật nằm ở chính… đôi chân.

“Bay” bằng cách đón gió

Trong điều kiện không khí tĩnh, ruồi hạc vẫn vỗ cánh như bình thường để cất cánh. Tuy nhiên khi gặp luồng gió thổi lên, chúng chuyển sang một chiến lược hoàn toàn khác: xòe sáu chân dài thành hình nón ngược, giống như một chiếc ô bị lật.

Hình dạng này giúp tăng lực cản không khí, tạo ra một dạng lực nâng thụ động, tương tự cách hạt bồ công anh bay trong gió. Nhờ đó, chúng có thể “trôi” trên không mà không cần tiêu tốn nhiều năng lượng.

Theo nhà vật lý Sarahi Arriaga-Ramirez, đây là một chiến lược đặc biệt quan trọng vì loài côn trùng này có vòng đời trưởng thành rất ngắn và gần như không ăn, đồng nghĩa với nguồn năng lượng cực kỳ hạn chế.

Không chỉ đơn giản là xòe chân, loài ruồi này còn có khả năng điều chỉnh hình dạng “chiếc ô” tùy theo điều kiện môi trường.

Khi gió mạnh, các chân thu lại thành hình nón hẹp hơn, giúp giảm lực cản và ổn định chuyển động. Ngược lại, khi gió yếu, chúng xòe rộng hơn để tăng lực nâng. Đây là một cơ chế thích nghi linh hoạt, cho phép tối ưu hóa việc bay trong nhiều điều kiện khác nhau.

Các thí nghiệm sử dụng mô hình in 3D cho thấy hình nón hẹp có thể giảm lực cản khoảng 20% so với hình dạng mở rộng, chứng minh rằng sự điều chỉnh này có ý nghĩa vật lý rõ ràng.

Một điểm thú vị là ở kích thước rất nhỏ, không khí không còn “loãng” như chúng ta cảm nhận, mà hành xử giống như một chất lỏng có độ nhớt cao hơn. Điều này khiến lực cản trở thành yếu tố quan trọng hơn lực nâng khí động học truyền thống.

Chính vì vậy, chiến lược “đón gió bằng chân” của ruồi hạc ma trở nên hiệu quả. Thay vì chống lại lực cản, chúng tận dụng nó để duy trì trạng thái lơ lửng.

Gợi ý cho công nghệ bay tương lai

Những hiểu biết từ loài côn trùng này đang truyền cảm hứng cho việc thiết kế các thiết bị bay siêu nhỏ, đặc biệt là robot bay tiết kiệm năng lượng.

Các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm việc sử dụng hợp kim nhớ hình dạng để tạo ra các “chân” có thể tự động thay đổi hình dạng khi có dòng điện. Điều này cho phép thiết bị điều chỉnh cấu trúc trong thời gian thực, tương tự cách ruồi hạc ma làm trong tự nhiên.

Một hướng đi khác là thiết kế các khớp linh hoạt thụ động, cho phép cấu trúc tự biến đổi theo luồng gió mà không cần điều khiển chủ động. Khi gió mạnh lên, các “chân” tự động gập lại, giúp thiết bị ổn định hơn trong môi trường nhiễu loạn.

Dù vẫn còn nhiều câu hỏi, chẳng hạn mức độ chủ động của loài ruồi trong việc điều khiển chân, nhưng nghiên cứu này cho thấy tự nhiên đã phát triển những giải pháp tối ưu mà con người chỉ mới bắt đầu hiểu.

Từ một loài côn trùng nhỏ bé, các nhà khoa học đang học được cách thiết kế những hệ thống bay hiệu quả hơn, bền bỉ hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.