Колибри являются единственными птицами, которые могут летать вбок и назад, благодаря эволюционной особенности их костно-мышечной структуры. (Шаттерстки)

Является ли эволюция лучшим изобретателем? Казалось бы, с сотнями миллионов лет работы и естественным миром в качестве полотна.

Эволюция сформировала способности животных наилучшим образом помочь им выжить и процветать, начиная от удерживающих воду верблюдов пустыни и заканчивая долголетними морскими альбатросами.

Мои исследования в аспирантуре исследуют некоторые из самых впечатляющих изобретений эволюции, многие из которых можно найти у птиц. В частности, я изучаю поведение полета птиц и то, как взаимосвязи между массой тела, размерами крыльев, родственными связями и другими биологическими особенностями эволюционировали, создавая экстравагантный полет, который мы наблюдаем у многих видов.

Эти изобретения настолько необычны, что мы изучаем их, чтобы применить их дизайн в повседневных технологиях.

Взять, к примеру, быстрый и точный полет колибри, который помог нам разработать летательные аппараты, которые также способны выполнять сложные маневры. Или тайный полет совы, который послужил основой для разработки бесшумных и эффективных ветряных турбин. В обоих случаях биомимикрия черпает вдохновение из природных изобретений для разработки и совершенствования наших современных технологий.

Точные маневры

Колибри - одни из самых маленьких птиц в мире. Они имеют небольшие легкие торсы с относительно большими крыльями, которые позволяют им летать на удивление быстро с невероятной точностью. Но у многих видов птиц большие крылья, так что же отличает колибри, когда речь заходит об их удивительной маневренности?

Секрет кроется в их мышцах и костях.

Колибри требовать больших мышц крыльев, чтобы они быстро хлопали крыльями во время полета, известный как высокая частота удара крыла. Высокая частота ударов крыла позволяет колибри совершать свой уникальный полет, особенно во время летних визитов к вашим цветам и кормушкам на заднем дворе.

Замедленное видео колибри в полете.

{vembed Y = gJ_T_Y1rxHw}

Колибри нужны большое количество энергии, чтобы летать постоянно и собирать еду. Кроме того, адаптация длинной грудной кости является идеальной поверхностью, необходимой для мышц крыла: чем больше поверхность грудной кости, тем больше мышц может быть соединено.

Чтобы парить, колибри машут крыльями в форме восьмерки. Этот стиль удара крыла стал возможен благодаря непрерывные «щелчки запястья» от укороченной кости руки - уникальная характеристика, не встречающаяся у других видов птиц. Работая вместе, мышцы и кости колибри позволяют зависать и летать вбок и назад в скорость выше 50 км / ч.

Когда ученые посмотрели, как мускулы и кости колибри собираются вместе, чтобы произвести быстрый и точный полет у этих крошечных птиц, они заинтересовались, можно ли сконструировать эти самые механизмы.

Примером этого вдохновения является Nano Hummingbird от AeroVironment, разработанный в качестве прототипа для Агентства перспективных исследований Министерства обороны США, Nano Hummingbird - это беспилотный аппарат, который имитирует полет колибри, чтобы получить маневренный, маневренный край.

Эти дроны могут получить доступ к недоступным местам и собирать информацию с помощью подключенной видеокамеры. С большим количеством исследований точности полета колибри и его ежедневных последствий, беспилотники, которые могут эффективно исследовать естественные неизведанные территории, могут произойти раньше, чем предполагалось ранее. Эти достижения беспилотников могут быть применены для мониторинга погоды, доставки посылок и даже кинематографии.

Тихий полет

Как ночные хищники, совы полагаются на свою безмолвную тактику охоты, чтобы успешно захватывать добычу. Для взлета в полете требуется большая сила подъема, чтобы подняться с земли, и для того, чтобы оставаться в воздухе, требуется больше энергии. Однако для создания этой подъемной силы требуется, чтобы совы взмахнули своими большими крыльями. Вы можете подумать, что взмахи таких больших крыльев будут издавать тонны шума, не позволяя скрыться. Но так ли это?

Во время полета движение крыльев птицы создает турбулентность в воздухе, которая издает этот знакомый хлопающий звук. Однако у сов появились невероятные механизмы, которые уменьшают шум во время полета. Секрет кроется в их перьевых структурах.

BBC Earth эксперимент, исследующий, почему совы летят так тихо.

{vembed Y = d_FEaFgJyfA}

У крыльев совы есть перья с острыми краями, называемыми зубцами, вдоль их фронтов, которые контактируют с воздухом во время полета. Эти зубцы разрушают воздушную турбулентность, которая обычно вызывает шум ветра, уменьшая шум, создаваемый во время полета. Когда воздух попадает в заднюю часть крыла, структуры, похожие на бахрому - как и в модном тренде - на конце перьев еще больше снижают шум, быстро и эффективно рассеивая любую турбулентность. В сочетании с скользящим полетом эти две структуры из перьев сильно способствуют тихой охоте на сову.

Взяв страницу из адаптаций бесшумного полета у сов, исследователи пытаются использовать подобные разрушающие турбулентность структуры для уменьшить шум, производимый ветряными турбинами и вентиляторами, и повысить их эффективность.

Применение бесшумной адаптации пера совы к современной турбинной технологии обещает более эффективное преобразование энергии ветра и подчеркивает, насколько эффективной может быть интеграция наших природных и технологических миров.

Царапать поверхность

Адаптация полета колибри и совы только царапает поверхность природных изобретений. Дополнительные формы биомимикрии можно найти в технологиях предотвращения сотрясения мозга, вдохновленных дятлами, конструкциях поездов, изготовленных из клювов зимородков, и лазерных технологиях, на которые повлияла архитектура разноцветных птичьих перьев.

Ясно видеть, как природа вдохновила прогресс в технологиях, и важность продолжения исследования этих замечательных природных систем на Земле.

Об авторе

Ильяс Бербери, аспирант, биолог, Карлтонский университет

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.