Hoe de vleugels van uilen en kolibries inspireren tot drones, windturbines en andere technologie

Hoe de vleugels van uilen en kolibries inspireren tot drones, windturbines en andere technologie Kolibries zijn de enige vogels die zijwaarts en achterwaarts kunnen vliegen, dankzij een evolutionair kenmerk van hun musculoskeletale structuur. (Shutterstock)

Is evolutie de beste uitvinder? Met honderden miljoenen jaren werk en de natuurlijke wereld als canvas, lijkt het zo.

Van de waterhoudende kamelen van de woestijn tot de lang vliegende albatrossen van de zee, evolutie heeft het vermogen van dieren gevormd om ze het beste te helpen overleven en gedijen.

Mijn afstudeeronderzoek onderzoekt enkele van de meest indrukwekkende uitvindingen van evolutie, waarvan er vele bij vogels te vinden zijn. Ik bestudeer met name het vluchtgedrag van vogels en hoe relaties tussen lichaamsgewicht, vleugelafmetingen, soortverwantschap en andere biologische eigenschappen zijn geëvolueerd om de extravagante vlucht te genereren die we bij veel soorten zien.

Deze uitvindingen zijn zo buitengewoon dat we ze bestuderen om hun ontwerp toe te passen in alledaagse technologie.

Neem bijvoorbeeld de snelle en nauwkeurige vlucht van een kolibrie die ons heeft geholpen bij het ontwikkelen van vliegende apparaten die ook in staat zijn tot ingewikkelde manoeuvres. Of de sluipende vlucht van een uil, die het ontwerp van stille en efficiënte windturbines heeft geïnformeerd. In beide gevallen haalt biomimicry inspiratie uit natuurlijke uitvindingen om onze huidige technologieën te ontwerpen en te verbeteren.

Nauwkeurige manoeuvres

Kolibries zijn enkele van de kleinste vogels ter wereld. Ze hebben kleine, lichtgewicht torso's met relatief grote vleugels waarmee ze opmerkelijk snel en met ongelooflijke precisie kunnen vliegen. Maar veel soorten vogels hebben grote vleugels, dus wat onderscheidt kolibries van elkaar als het gaat om hun verbazingwekkende wendbaarheid?

Het geheim zit in hun spieren en botten.


Haal het laatste uit InnerSelf


Hummingbirds vereisen grote vleugelspieren om tijdens de vlucht voortdurend snel met hun vleugels te fladderen, bekend als een hoge vleugelslagfrequentie. Dankzij de hoge vleugelslagfrequentie kunnen kolibries hun unieke zweefvlucht uitvoeren, vooral tijdens hun zomerbezoeken aan uw bloemen en tuinvoeders.

Slow-motion video van kolibries tijdens de vlucht.

Kolibries hebben behoefte grote hoeveelheden energie om continu te vliegen en verzamel voedsel. Bovendien is de aanpassing van een lang borstbeen het perfecte oppervlak dat nodig is voor vleugelspieren: hoe groter het oppervlak van het borstbeen, hoe meer spieren kunnen worden verbonden.

Om te zweven, fladderen kolibries met hun vleugels in de vorm van een acht. Deze wing beat stijl is mede mogelijk gemaakt door continue 'polsbewegingen' vanaf hun verkorte armbeen - een uniek kenmerk dat bij geen enkele andere vogelsoort voorkomt. Door samen te werken, zorgen de spieren en botten van kolibries voor zweven en zijwaarts en achterwaarts vliegen snelheden van meer dan 50 km / uur.

Toen wetenschappers keken hoe de spieren en botten van kolibries samenkomen om een ​​snelle, precieze vlucht in deze kleine vogels te genereren, raakten ze geïnteresseerd in de vraag of dezelfde mechanismen konden worden ontwikkeld.

Een voorbeeld van deze inspiratie is Nero Hummingbird van AeroVironment, ontwikkeld als prototype voor de US Defense Advanced Research Projects Agency. De Nano Hummingbird is een drone-apparaat dat de vlucht van kolibries nabootst om een ​​wendbare, wendbare rand te krijgen.

Deze drones hebben toegang tot onbereikbare locaties en kunnen informatie verzamelen via een aangesloten videocamera. Met meer onderzoek naar de vluchtprecisie van kolibries en de alledaagse implicaties ervan, kunnen drones die natuurlijke onbekende gebieden effectief kunnen onderzoeken eerder plaatsvinden dan eerder werd aangenomen. Deze vooruitgang met drones kan worden toegepast op weermonitoring, pakketverzending en zelfs cinematografie.

Stille vlucht

Als nachtelijke roofdieren vertrouwen uilen op hun stille jachttactiek om prooien met succes te vangen. Om tijdens de vlucht op te stijgen is veel hefkracht nodig om van de grond te komen en er is meer energie nodig om in de lucht te blijven. Het genereren van deze hefkracht vereist echter dat uilen met hun grote vleugels klappen. Je zou denken dat het klapperen van zulke grote vleugels een hoop lawaai zou maken en het doel van heimelijkheid zou verslaan. Maar is dat zo?

Tijdens de vlucht zorgt de beweging van de vleugels van een vogel voor turbulentie in de lucht, wat dat bekende klapperende geluid maakt. Uilen hebben echter ongelooflijke mechanismen ontwikkeld die het geluid tijdens de vlucht verminderen. Het geheim zit in hun veerstructuren.

Een BBC Earth-experiment dat onderzoekt waarom uilen zo stil vliegen.

Uilvleugels hebben veren met scherpe randen, kartels genoemd, langs hun fronten, die tijdens de vlucht in contact komen met de lucht. Deze kartelingen breken de luchtturbulentie op die normaal gesproken windgeruis veroorzaakt, waardoor het geluid tijdens de vlucht wordt verminderd. Terwijl lucht naar de achterkant van de vleugel stroomt, verminderen randachtige structuren - vergelijkbaar met de modetrend - aan het einde van de veren het geluid verder door snel en effectief turbulentie te verspreiden. In combinatie met een glijvlucht dragen deze twee veerstructuren sterk bij aan de rustige jacht van een uil.

Door een pagina te nemen van de stille vluchtaanpassingen bij uilen, proberen onderzoekers vergelijkbare turbulentie-verstorende structuren te gebruiken om het geluid van windturbines en ventilatoren verminderen en hun efficiëntie verbeteren.

Het toepassen van de stille veeraanpassingen van de uil op moderne turbinetechnologie belooft een efficiëntere conversie van windenergie en benadrukt hoe effectief het kan zijn om onze natuurlijke en technologische werelden te integreren.

Krassen op het oppervlak

De aanpassingen van de vlucht van kolibries en uilen krassen alleen maar op het oppervlak van de uitvindingen van de natuur. Bijkomende vormen van biomimicry zijn te vinden in technologieën voor hersenschudding, geïnspireerd door spechten, treinontwerpen gevormd uit de snavels van ijsvogels en lasertechnologie beïnvloed door de architectuur van kleurrijke vogelveren.

Het is duidelijk te zien hoe de natuur de technologische vooruitgang heeft geïnspireerd, en het belang van voortdurende verkenning van deze prachtige natuurlijke systemen op aarde.The Conversation

Over de auteur

Ilias Berberi, PhD Student, Biologie, Carleton University

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

volg InnerSelf op

facebook-icontwitter-iconrss-icoon

Ontvang de nieuwste via e-mail

{Emailcloak = off}

VAN DE REDACTIE

De dag van afrekening is gekomen voor de GOP
by Robert Jennings, InnerSelf.com
De Republikeinse partij is niet langer een pro-Amerikaanse politieke partij. Het is een onwettige pseudo-politieke partij vol radicalen en reactionairen met als doel het verstoren, destabiliseren en ...
Waarom Donald Trump de grootste verliezer van de geschiedenis zou kunnen zijn
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Bijgewerkt 2 juli 20020 - Deze hele coronavirus pandemie kost een fortuin, misschien 2 of 3 of 4 fortuinen, allemaal van onbekende grootte. Oh ja, en honderdduizenden, misschien een miljoen mensen zullen sterven ...
Blue-Eyes vs Brown Eyes: hoe racisme wordt onderwezen
by Marie T. Russell, InnerSelf
In deze aflevering van Oprah Show uit 1992 leerde de bekroonde antiracistische activist en opvoeder Jane Elliott het publiek een harde les over racisme door te laten zien hoe gemakkelijk het is om vooroordelen te leren.
Er komt een verandering ...
by Marie T. Russell, InnerSelf
(30 mei 2020) Terwijl ik het nieuws bekijk over de gebeurtenissen in Philadelphia en andere steden in het land, doet mijn hart pijn voor wat er gebeurt. Ik weet dat dit deel uitmaakt van de grotere verandering die doorgaat ...
Een lied kan het hart en de ziel verheffen
by Marie T. Russell, InnerSelf
Ik heb verschillende manieren om de duisternis uit mijn hoofd te verwijderen wanneer ik merk dat het is binnengeslopen. Een daarvan is tuinieren of tijd doorbrengen in de natuur. De andere is stilte. Een andere manier is lezen. En een die ...