Колібрі - єдині птахи, які можуть літати вбік і назад, завдяки еволюційній особливості їх опорно -рухового будови. (Шаттерсткі)

Чи найкращим винахідником є ​​еволюція? З урахуванням сотень мільйонів років праці та природного світу як полотна, здавалося б так.

Від верблюдів, що утримують воду в пустелі, до довголітаючих морських альбатросів, еволюція сформувала здатності тварин найкраще допомагати їм виживати та процвітати.

Моє аспірантське дослідження досліджує деякі найбільш вражаючі винаходи еволюції, багато з яких можна знайти у птахів. Зокрема, я вивчаю поведінку польотів птахів і те, як еволюціонували відносини між масою тіла, розмірами крил, спорідненістю видів та іншими біологічними ознаками, щоб створити екстравагантний політ, який ми бачимо у багатьох видів.

Ці винаходи настільки надзвичайні, що ми вивчаємо їх, щоб застосувати свій дизайн у повсякденних технологіях.

Візьмемо, наприклад, швидкий і точний політ колібрі, який допоміг нам розробити літальні пристрої, які також здатні до складних маневрів. Або прихованого польоту сови, який проінформував дизайн безшумних та ефективних вітрогенераторів. В обох випадках біомімікрія черпає натхнення з природних винаходів для проектування та вдосконалення наших сучасних технологій.

Точні маневри

Колібрі - одні з найдрібніших птахів у світі. Вони мають невеликі, легкі тулуби з відносно великими крилами, що дозволяє їм надзвичайно швидко літати з неймовірною точністю. Але багато видів птахів мають великі крила, так що ж відрізняє колібрі, коли йдеться про їх чудову маневреність?

Секрет полягає в їх м’язах і кістках.

Колючі пташки вимагають великих м’язів крила, щоб під час польоту постійно махати крилами, відомий як висока частота ударів крила. Висока частота ударів крил дозволяє колібрі виконувати свій унікальний витаючий політ, особливо під час їх літнього відвідування ваших квітів та годівниць на задньому дворі.

Повільне відео колібрі в польоті.

{vembed Y=gJ_T_Y1rxHw}

Колібрі потрібні велика кількість енергії для безперервного польоту і збирати їжу. Крім того, пристосування довгої грудної кістки є ідеальною поверхнею, необхідною для м’язів крила: чим більша поверхня грудної кістки, тим більше м’язів можна з’єднати.

Для того, щоб парити, колібрі махають крилами у формі вісімки. Цей стиль удару крила став можливим завдяки безперервні «зап’ястя» від укороченої кістки руки - унікальна характеристика, якої немає у жодного іншого виду птахів. Спільно працюючи, м’язи та кістки колібрі дозволяють парити влітку та вбік і назад швидкість до 50 км/год.

Коли вчені розглядали, як м’язи та кістки колібрі об’єднуються, щоб генерувати швидкий, точний політ у цих крихітних птахів, вони зацікавились, чи можна створити ці самі механізми.

Прикладом цього натхнення є Нано-колібрі AeroVironment, розроблений як прототип Агентства США з перспективних оборонних досліджень. Nano Hummingbird - це безпілотний пристрій, що імітує політ колібрі, щоб отримати рухливий, маневрений край.

Ці безпілотники можуть отримати доступ до недоступних місць та збирати інформацію за допомогою приєднаної відеокамери. Завдяки додатковим дослідженням точності польоту колібрі та її повсякденних наслідків, безпілотники, які можуть ефективно досліджувати природні незвідані території, можуть відбутися раніше, ніж вважалося раніше. Ці досягнення безпілотників можна застосувати для моніторингу погоди, доставки посилок і навіть кінематографії.

Тихий політ

Як нічні хижаки, сови покладаються на свою тактику тихого полювання, щоб успішно захопити здобич. Для зльоту в польоті потрібна велика сила підйому, щоб зійти з землі, і потрібно більше енергії, щоб залишатися в повітрі. Однак для створення цієї сили підйому сови мають махати своїми великими крилами. Ви можете подумати, що махання такими великими крилами створило б масу шуму, що перешкоджає меті бути прихованим. Але чи це?

Під час польоту рух пташиних крил створює турбулентність у повітрі, що видає цей знайомий звук махання. Однак сови виробили неймовірні механізми, що зменшують шум під час польоту. Секрет криється в їх пір’яних структурах.

Експеримент BBC Earth, що вивчає, чому сови літають так тихо.

{vembed Y=d_FEaFgJyfA}

Крила сови мають на своїх фронтах пір’я з гострими краями, які називаються зубцями, що контактують з повітрям під час польоту. Ці зубчасті розбивають турбулентність повітря, яка зазвичай викликає шум вітру, зменшуючи шум, що утворюється під час польоту. Коли повітря тече до задньої частини крила, бахромоподібні конструкції - подібні до модної тенденції - на кінці пір’я ще більше зменшують шум, швидко та ефективно розсіюючи будь-яку турбулентність. У парі з ковзаючим польотом ці дві структури пір’я сильно сприяють спокійному полюванню сови.

Беручи сторінку з адаптацій тихого польоту у сови, дослідники намагаються використовувати подібні структури, що руйнують турбулентність, до зменшити шум, створюваний вітрогенераторами та вентиляторами, та покращити їх ефективність.

Застосування безшумних пристосувань сови до сучасних турбінних технологій обіцяє більш ефективне перетворення енергії вітру та підкреслює, наскільки ефективною може бути інтеграція нашого природного та технологічного світів.

Подряпини поверхні

Адаптація польоту колібрі та сови лише дряпає поверхню винаходів природи. Додаткові форми біомімікриї можна знайти в технологіях, що запобігають струсу мозку, натхненних дятлами, конструкціях поїздів у формі дзьобів зимородків та лазерних технологіях, що впливають на архітектуру різнокольорових пташиних пір’я.

Цілком зрозуміло, як природа надихнула на прогрес у технологіях, і наскільки важливо продовжувати дослідження цих чудових природних систем на Землі.

про автора

Іліас Бербері, докторант, біологія, Карлтонський університет

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.