Kolibrier er de eneste fugle, der kan flyve sidelæns og bagud takket være et evolutionært træk ved deres muskuloskeletale struktur. (Shutterstock)

Er evolution den bedste opfinder? Med hundreder af millioner af års arbejde og den naturlige verden som lærred ser det ud til at være sådan.

Fra de vandholdende kameler i ørkenen til de langflyvende albatrosser i havet har evolution formet dyrenes evner til bedst at hjælpe dem med at overleve og trives.

Min kandidatforskning udforsker nogle af evolutionens mest imponerende opfindelser, hvoraf mange findes i fugle. Specifikt studerer jeg fugleflyvningens opførsel og hvordan forholdet mellem kropsmasse, vingestørrelser, artsrelateret og andre biologiske træk har udviklet sig til at generere den ekstravagante flyvning, vi ser i mange arter.

Disse opfindelser er så usædvanlige, at vi studerer dem for at anvende deres design i hverdagsteknologi.

Tag for eksempel den hurtige og præcise flyvning af en kolibri, der har hjulpet os med at udvikle flyvende enheder, der også er i stand til indviklet manøvre. Eller en ugles snigende flyvning, som har informeret designet om lydløse og effektive vindmøller. I begge tilfælde henter biomimicry inspiration fra naturlige opfindelser til at designe og forbedre vores nuværende teknologier.

Præcise manøvrer

Kolibrier er nogle af de mindste fugle i verden. De har små, lette torsoer med relativt store vinger, der giver dem mulighed for at flyve bemærkelsesværdigt hurtigt med utrolig præcision. Men mange fugletyper har store vinger, så hvad adskiller kolibrier, når det kommer til deres fantastiske manøvredygtighed?

Hemmeligheden ligger i deres muskler og knogler.

Hummingbirds kræver store vingemuskler for konstant at klappe deres vinger hurtigt under flyvning, kendt som en høj vingeslagfrekvens. Høj vingeslagfrekvens tillader kolibrier at udføre deres unikke svævende flyvning, især under deres sommerbesøg hos dine blomster og baghaven.

Slowmotion-video af kolibrier under flyvning.

{vembed Y=gJ_T_Y1rxHw}

Kolibrier har brug for store mængder energi til at flyve kontinuerligt og saml mad. Derudover er tilpasningen af ​​et langt brystben den perfekte overflade til vingemusklerne: Jo større brystbenets overflade er, jo mere muskler kan forbindes.

For at holde markøren klapper kolibrier deres vinger i form af en figur otte. Denne wing beat-stil er muliggjort af kontinuerlige "håndledsflicks" fra deres forkortede armben - en unik egenskab, der ikke findes i andre fuglearter. Ved at arbejde sammen giver kolibrierens muskler og knogler mulighed for at svæve og flyve sidelæns og bagud ved hastigheder, der topper 50 km / t.

Da forskere så på, hvordan kolibrieres muskler og knogler kommer sammen for at generere hurtig, præcis flyvning i disse små fugle, blev de interesserede i, om de samme mekanismer kunne konstrueres.

Et eksempel på denne inspiration er AeroVironment's Nano Hummingbird, udviklet som en prototype for US Defense Advanced Research Projects Agency. Nano Hummingbird er en droneenhed, der efterligner kolibriernes flyvning for at få en smidig, manøvredygtig kant.

Disse droner kan få adgang til utilgængelige placeringer og samle information via et tilsluttet videokamera. Med mere forskning i kolibriens præcision og dens hverdagskonsekvenser, kan det have hurtigere end tidligere antaget at have droner, der effektivt kan undersøge naturlige ukendte territorier. Disse drone fremskridt kan anvendes til vejrovervågning, pakkeforsendelse og endda film.

Stille flyvning

Som rovdyr om natten stoler ugler på deres tavse jagttaktik for at kunne fange bytte. At tage afsted under flyvning kræver en stor mængde løftekraft for at komme af jorden, og der kræves mere energi for at blive i luften. At generere denne løftekraft kræver dog ugler at klappe deres store vinger. Du tror måske, at klappning af så store vinger ville skabe masser af støj og besejre formålet med at være snigende. Men gør det?

Under flyvning skaber bevægelsen af ​​en fugls vinger turbulens i luften, hvilket gør den velkendte klappende lyd. Ugler har dog udviklet utrolige mekanismer, der reducerer støj under flyvning. Hemmeligheden ligger inden for deres fjerstrukturer.

Et BBC Earth-eksperiment, der undersøgte, hvorfor ugler flyver så lydløst.

{vembed Y=d_FEaFgJyfA}

Uglevinger har fjer med skarpe kanter, kaldet taklinger, langs deres fronter, som er i kontakt med luften under flyvning. Disse savtakker bryder luftturbulensen op, der normalt forårsager vindstøj, reducerer støj genereret under flyvning. Når luft strømmer til bagsiden af ​​vingen, reducerer frynslignende strukturer - svarende til modetrenden - i slutningen af ​​fjerene yderligere støj ved hurtigt og effektivt at sprede enhver turbulens. Parret med svæveflyvning bidrager disse to fjerstrukturer stærkt til en ugles stille jagt.

Ved at tage en side fra de stille lydtilpasninger i ugler forsøger forskere at bruge lignende turbulensforstyrrende strukturer til reducere støj fra vindmøller og ventilatorer og forbedre deres effektivitet.

Anvendelse af uglens tavse fjertilpasninger til moderne turbinteknologi lover mere effektiv konvertering af vindenergi og fremhæver, hvor effektiv det kan være at integrere vores naturlige og teknologiske verdener.

Ridser overfladen

Tilpasningerne af kolibri og ugleflyvning skraber kun overfladen af ​​naturens opfindelser. Yderligere former for biomimik kan findes i hjernerystelsesforebyggende teknologier inspireret af hakkespetter, togdesign formet fra næb af isfisk og laserteknologi påvirket af arkitekturen af ​​farverige fuglefjer.

Det er klart at se, hvordan naturen har inspireret fremskridt inden for teknologi, og vigtigheden af ​​fortsat udforskning af disse vidunderlige naturlige systemer på Jorden.

Om forfatteren

Ilias Berberi, ph.d.-studerende, biologi, Carleton University

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.