A kolibri az egyetlen olyan madár, amely képes oldalra és hátra repülni, a mozgásszervi szerkezetük evolúciós sajátosságának köszönhetően. (Shutterstock)

Az evolúció a legjobb feltaláló? Több száz millió éves munka és a természeti világ vásznával úgy tűnik.

A sivatag vízmegtartó tevéitől a tenger hosszú repülő albatroszáig az evolúció alakította az állatok azon képességeit, amelyek a legjobban segítik őket a túlélésben és a boldogulásban.

Posztgraduális kutatásom az evolúció legimpozánsabb találmányait tárja fel, amelyek közül sok megtalálható a madaraknál. Pontosabban azt tanulmányozom, hogy a madarak repülnek -e, és hogyan alakultak a testtömeg, a szárnyméretek, a fajok rokonsága és más biológiai tulajdonságok közötti kapcsolatok, hogy létrejöjjön az extravagáns repülés, amelyet sok fajnál látunk.

Ezek a találmányok annyira rendkívüliek, hogy tanulmányozzuk őket, hogy terveiket hogyan alkalmazzák a mindennapi technológiában.

Vegyük például egy kolibri gyors és pontos repülését, amely segített nekünk olyan repülő eszközök kifejlesztésében, amelyek bonyolult manőverezésre is képesek. Vagy egy bagoly lopakodó repülése, amely tájékoztatta a csendes és hatékony szélturbinák tervezéséről. Mindkét esetben a biomimika a természetes találmányokból merít inspirációt a jelenlegi technológiáink megtervezéséhez és továbbfejlesztéséhez.

Pontos manőverek

A kolibri a világ legapróbb madarai közé tartozik. Kicsi, könnyű törzsük van, viszonylag nagy szárnyaikkal, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy hihetetlenül gyorsan repüljenek. De sokféle madárnak nagy a szárnya, akkor mi különbözteti meg a kolibrit, ha elképesztő manőverezhetőségükről van szó?

A titok az izmaikban és a csontjaikban rejlik.

Kolibrik megkövetelik a nagy szárnyú izmokat, hogy repülés közben gyorsan szárnyaikat szárnyasítsák, magas szárnyütem -frekvenciaként ismert. A magas szárnyverési gyakoriság lehetővé teszi a kolibri számára, hogy egyedül lebegő repülését végrehajtsa, különösen a nyári látogatáskor a virágokban és a háztáji etetőkben.

Lassított videó a kolibri repülés közben.

{vembed Y = gJ_T_Y1rxHw}

Kolibri kell nagy mennyiségű energia folyamatosan repülni és ételt gyűjteni. Ezenkívül a hosszú mellkasi csont adaptációja tökéletes felület a szárnyizmok számára: minél nagyobb a mellkascsont felülete, annál több izom köthető össze.

Annak érdekében, hogy lebegjen, a kolibri a nyolcadik alakba csapja szárnyait. Ezt a szárnyverési stílust az teszi lehetővé rövidített karcsontjukról folyamatos „csuklópattanások” - egyedülálló tulajdonság, amely egyetlen madárfajnál sem található meg. Együttműködve a kolibri izmai és csontjai lehetővé teszik a lebegést, valamint oldalirányú és hátrarepülést sebessége meghaladja az 50 km/órát.

Amikor a tudósok megvizsgálták, hogyan jönnek össze a kolibri izmok és csontok, hogy gyors és pontos repülést hozzanak létre ezekben az apró madarakban, érdeklődni kezdtek, hogy vajon ugyanezeket a mechanizmusokat meg lehet -e alakítani.

Példa erre az inspirációra Az AeroVironment Nano Hummingbird, amelyet az amerikai védelmi haladó kutatási projektek ügynökségének prototípusaként fejlesztettek ki. A Nano Hummingbird egy drónberendezés, amely utánozza a kolibri repülését, hogy mozgékony, manőverezhető élre tegyen szert.

Ezek a drónok elérhetetlen elérési helyeket érhetnek el, és információkat gyűjthetnek a csatlakoztatott videokamerán keresztül. A kolibri repülési pontosságának és mindennapi következményeinek további kutatásával hamarabb bekövetkezhetnek olyan drónok, amelyek képesek hatékonyan megvizsgálni a természetes feltérképezetlen területeket. Ezek a drón-előrelépések alkalmazhatók az időjárás-figyelésre, a csomagküldésre és akár az operatőrre is.

Csendes repülés

Éjszakai ragadozókként a baglyok csendes vadászati ​​taktikájukra támaszkodnak a zsákmány sikeres elfogására. A repüléshez való felszálláshoz nagy emelési erőre van szükség ahhoz, hogy felálljon a talajról, és több energiára van szükség a levegőben maradáshoz. Ennek az emelőerőnek a létrehozásához azonban a baglyoknak nagy szárnyukkal kell csapkodniuk. Azt gondolhatja, hogy az ilyen nagy szárnyak csapkodása rengeteg zajt kelt, és meghiúsítja a lopakodás célját. De vajon?

Repülés közben a madár szárnyainak mozgása turbulenciát okoz a levegőben, ami ezt az ismerős csapkodó hangot adja. A baglyok azonban hihetetlen mechanizmusokat fejlesztettek ki, amelyek csökkentik a repülés közbeni zajt. A titok a tollszerkezetükben rejlik.

A BBC Earth kísérlete, amely azt vizsgálja, hogy miért repülnek baglyok ilyen csendesen.

{vembed Y = d_FEaFgJyfA}

A bagolyszárnyak elülső szélén éles szélű, fogazású tollak vannak, amelyek repülés közben érintkeznek a levegővel. Ezek a fogazások megbontják a légzavarokat, amelyek általában szélzajt okoznak, csökkenti a repülés során keletkező zajt. Amint a levegő a szárny hátsó részébe áramlik, a tollak végén a rojtszerű szerkezetek - hasonlóan a divat trendjéhez - tovább csökkentik a zajt azáltal, hogy gyorsan és hatékonyan eloszlatják a turbulenciákat. Sikló repüléssel párosulva ez a két tollszerkezet erősen hozzájárul a bagoly csendes vadászatához.

A baglyok néma repülési adaptációiból egy oldalt a kutatók hasonló turbulenciát megzavaró struktúrákat próbálnak használni csökkentse a szélturbinák és ventilátorok által keltett zajt, és javítsa azok hatékonyságát.

A bagoly csendes toll-adaptációinak alkalmazása a modern turbinatechnikában a szélenergia hatékonyabb átalakítását ígéri, és rávilágít arra, hogy mennyire hatékony lehet integrálni természeti és technológiai világunkat.

Karcolás a felületen

A kolibri és a bagolyrepülés adaptációi csak karcolják a természet találmányainak felszínét. A biomimikria további formái megtalálhatók az agyrázkódást megelőző technológiákban, amelyeket a harkályok inspiráltak, a jégmadár csőréből formázott vonatminták és a színes madártollak építészetének hatása alá tartozó lézertechnika.

Világos, hogy a természet hogyan inspirálta a technológiai fejlődést, és mennyire fontos e csodálatos természeti rendszerek feltárása a Földön.

A szerzőről

Ilias Berberi, PhD hallgató, biológia, Carleton Egyetem

Ezt a cikket újra kiadják A beszélgetés Creative Commons licenc alatt. Olvassa el a eredeti cikk.