Kolibrit ovat ainoat linnut, jotka voivat lentää sivuttain ja taaksepäin niiden tuki- ja liikuntaelinten rakenteen evoluutio-ominaisuuden ansiosta. (Shutterstock)

Onko evoluutio paras keksijä? Vaikuttaa siltä, ​​että sillä on satoja miljoonia vuosia työtä ja luonnonmaailma on kankaanaan.

Aavikon vettä pidättävistä kameleista meren pitkälle lentäviin albatrosseihin evoluutio on muovannut eläinten kykyä auttaa heitä parhaiten hengissä ja kukoistamaan.

Tutkimukseni tutkii joitain evoluution vaikuttavimpia keksintöjä, joista monia löytyy lintuista. Erityisesti tutkin lintujen lentokäyttäytymistä ja sitä, kuinka kehon massan, siipikokojen, lajien sukulaisuuden ja muiden biologisten piirteiden väliset suhteet ovat kehittyneet tuottaakseen ekstravagantin lennon, jota näemme monilla lajeilla.

Nämä keksinnöt ovat niin poikkeuksellisia, että opiskelemme niitä soveltamaan suunnitteluaan jokapäiväisessä tekniikassa.

Otetaan esimerkiksi kolibrin nopea ja tarkka lento, joka on auttanut meitä kehittämään lentäviä laitteita, jotka kykenevät myös monimutkaiseen liikkumiseen. Tai pöllön varhainen lento, joka on ilmoittanut hiljaisten ja tehokkaiden tuuliturbiinien suunnittelusta. Molemmissa tapauksissa biomimikria vetää inspiraatiota luonnollisista keksinnöistä nykyisen tekniikkamme suunnitteluun ja parantamiseen.

Tarkat liikkeet

Kolibrit ovat joitakin pienimmistä lintuista maailmassa. Heillä on pieni, kevyt torso, jolla on suhteellisen suuret siivet, joiden avulla ne voivat lentää uskomattoman nopeasti uskomattoman tarkkuudella. Mutta monilla linnutyypeillä on suuret siivet, joten mikä erottaa kolibrit toisistaan ​​heidän uskomattoman ohjattavuuden suhteen?

Salaisuus on heidän lihaksissaan ja luissaan.

Kolibrit vaativat suuret siipilihakset kääntääkseen siipiään jatkuvasti nopeasti lennon aikana, joka tunnetaan nimellä korkea siipisignaalin taajuus. Korkean siipien lyöntitaajuuden ansiosta kolibrit voivat suorittaa ainutlaatuisen leijuvan lentonsa etenkin kesäkäyntien aikana kukillesi ja takapihan syöttölaitteillesi.

Hidastettu video kolibroista lennossa.

{vembed Y = gJ_T_Y1rxHw}

Kolibrit tarvitsevat suuria määriä energiaa lentää jatkuvasti ja kerätä ruokaa. Lisäksi pitkän rintaosan luun mukauttaminen on täydellinen siipilihaksille tarvittava pinta: mitä suurempi rinnan luun pinta, sitä enemmän lihaksia voidaan yhdistää.

Leijuakseen kolibrit lopettavat siipiään kahdeksan kuvan muodossa. Tämä siipi-tyylityö on mahdollista jatkuva ”ranteen välkkyminen” lyhennetystä käsivarresta - ainutlaatuinen ominaisuus, jota ei löydy muista lintulajeista. Yhteistyöllä kolibrilajien lihakset ja luut mahdollistavat leijautumisen ja sivuttain ja taaksepäin lennon nopeudet, jotka ylittävät 50 km / h.

Kun tutkijat katsoivat, miten kolibrin lihakset ja luut yhdistyvät tuottamaan nopeaa, tarkkaa lentoa näihin pieniin lintuihin, he kiinnostuivat siitä, voisiko nämä samat mekanismit suunnitella.

Esimerkki tästä inspiraatiosta on AeroVironmentin Nano Hummingbird, kehitetty prototyyppinä Yhdysvaltain puolustusministeriön Advanced Research Projects Agency -virastolle. Nano Hummingbird on droonilaite, joka matkii kolibroiden lentoa ketterän, ohjattavan reunan saavuttamiseksi.

Nämä droonit pääsevät saavuttamattomiin paikkoihin ja kerää tietoja liitetyn videokameran kautta. Kun kolibri-lentotarkkuutta ja sen arjen vaikutuksia tutkitaan enemmän, drooneilla, jotka voivat tutkia tehokkaasti luonnollisia kartoittamattomia alueita, voi tapahtua nopeammin kuin aiemmin uskottiin. Näitä drone-edistysaskeleita voidaan käyttää säävalvontaan, pakettien lähettämiseen ja jopa elokuvaan.

Hiljainen lento

Öisin petoeläiminä pöllöt luottavat hiljaiseen metsästystaktiikkaansa saaliin onnistuneen sieppaamiseksi. Lentäminen lentoon vaatii suuren määrän nostovoimaa maasta nousemiseksi, ja enemmän energiaa tarvitaan pysyäkseen ilmassa. Tämän nostovoiman luominen vaatii kuitenkin pöllöt isojen siipien läpäisemistä. Saatat ajatella, että niin suurten siipien räpistäminen aiheuttaisi tonnia melua, mikä olisi tarkoitus olla salaa. Mutta tekeekö se?

Lennon aikana linnun siipien liikkuminen aiheuttaa turbulenssia ilmassa, mikä tekee tästä tutusta räpytysäänestä. Pöllöt ovat kuitenkin kehittäneet uskomattomia mekanismeja, jotka vähentävät melua lennon aikana. Salaisuus on heidän sulkarakenteissaan.

BBC Earth -koe, jossa tutkitaan miksi pöllöt lentävät niin hiljaa.

{vembed Y = d_FEaFgJyfA}

Pöllösiipien fronteilla on terät, terävät, nimeltään serraatiot, jotka ovat kosketuksissa ilman kanssa lennon aikana. Nämä jaksot hajottavat ilman turbulenssin, joka yleensä aiheuttaa tuulen melua, vähentäen lennon aikana syntyvää melua. Kun ilma virtaa siiven takaosaan, höyhenten päädyssä olevat hapsumaiset rakenteet - samankaltaisia ​​muodin kanssa - vähentävät melua edelleen levittämällä nopeasti ja tehokkaasti turbulenssin. Liukulennon mukana nämä kaksi sulkarakennetta edistävät voimakkaasti pöllön hiljaista metsästämistä.

Ottaen sivun pöllöjen hiljaisen lennon mukautuksista, tutkijat yrittävät käyttää samanlaisia ​​turbulenssia häiritseviä rakenteita vähentää tuulivoimaloiden ja tuulettimien aiheuttamaa melua ja parantaa niiden tehokkuutta.

Pöllön hiljaisten sulkamuutosten soveltaminen nykyaikaiseen turbiinitekniikkaan lupaa tuulienergian tehokkaamman muuntamisen ja korostaa, kuinka tehokas voi olla luonnollisen ja teknologisen maailman integroiminen.

Pinnan naarmuuntuminen

Kolibrin ja pöllön lennon mukautukset vain naarmuttavat luonnon keksintöjen pintaa. Biomimikrian lisämuotoja löytyy tikkujen inspiroimista aivotärähdyksiä estävistä tekniikoista, kuninkaallisten noksista muotoilluista junamalleista ja värikkäiden lintujen höyhenten arkkitehtuuriin vaikuttavaan lasertekniikkaan.

On selvää, kuinka luonto on innoittanut tekniikan kehitystä, ja kuinka tärkeätä on jatkaa näiden ihmeellisten luonnonjärjestelmien etsintää Maapallolla.

Author

Ilias Berberi, jatko-opiskelija, biologia, Carleton University

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.