Исследовательский проект направлен на углубленное изучение уникальной респираторной системы птиц, в частности, механизма двойного дыхания. С помощью компьютерного моделирования, имитирующего работу воздушных мешков, мы стремимся проанализировать эффективность газообмена и энергетические затраты данного процесса. Будут разработаны числовые модели, позволяющие визуализировать потоки воздуха и кислорода в легких и воздушных мешках в различные фазы дыхательного цикла. Особое внимание будет уделено влиянию анатомических особенностей и физиологических параметров на продуктивность респираторной системы. Результаты моделирования позволят глубже понять адаптивные стратегии птиц к различным условиям окружающей среды, включая гипоксические. Проект предполагает междисциплинарный подход, объединяя знания аэродинамики, физиологии и вычислительной биологии для создания комплексного понимания сложнейшего дыхательного аппарата пернатых. Эта работа открывает новые горизонты для биомеханического анализа и может послужить основой для разработки биоинспирированных технологий.
Предлагается разработать computational модель, которая имитирует аэродинамику воздушных потоков в респираторной системе птиц, учитывая функцию их воздушных мешков. Целью является детальное понимание механики двойного дыхания и его эффективности.
В результате работы будет создан программный комплекс, позволяющий визуализировать и анализировать процесс двойного дыхания птиц. Продукт представит собой набор параметризуемых моделей, демонстрирующих газовый обмен и движение воздуха в системе воздушных мешков.
Традиционные методы изучения дыхания птиц ограничены в возможности детального анализа динамики воздушных потоков и газообмена в реальном времени. Неполное понимание причин высокой эффективности респираторной системы пернатых ограничивает разработку биомиметических технологий.
Исследование актуально в свете поиска новых решений для оптимизации систем газообмена и разработки эффективных дыхательных аппаратов, в том числе для авиации и медицины. Понимание механизмов адаптации птиц к низкому содержанию кислорода может способствовать разработке стратегий для повышения выносливости человека в экстремальных условиях.
Основной целью является создание точной компьютерной модели двойного дыхания птиц, позволяющей детально проанализировать эффективность газообмена и энергетические особенности данного процесса. Мы стремимся разработать инструменты для количественной оценки вклада воздушных мешков в респираторную функцию.
Основной аудиторией проекта являются студенты биологических, инженерных и смежных специальностей, а также научные сотрудники, интересующиеся аэродинамикой, физиологией животных и биомеханикой. Проект будет представлять интерес и для преподавателей, ищущих современные наглядные материалы для учебного процесса.
Для реализации проекта потребуются персональные компьютеры с мощными процессорами и видеокартами, лицензионное программное обеспечение для 3D-моделирования (например, ANSYS Fluent, SolidWorks) и среды для программирования (Python, MATLAB).
Отвечает за разработку и валидацию численных моделей, настройку параметров симуляции и анализ динамики воздушных потоков. Обеспечивает точность и адекватность результатов моделирования.
Специализируется на интерпретации физиологических данных, сопоставлении результатов моделирования с биологическими реалиями и оценке эффективности респираторной системы. Формулирует выводы о практическом применении.
Занимается написанием скриптов для автоматизации расчетов, разработкой пользовательского интерфейса для визуализации и анализом данных. Обеспечивает работоспособность и удобство использования финального продукта.
Предоставляет экспертные знания по респираторной системе птиц, консультирует по вопросам корректности геометрических и физиологических параметров, необходимых для моделирования. Обеспечивает научную обоснованность.
Выполнил: ФИО
Руководитель: ФИО
