フクロウとハチドリの翼がドローン、風力タービン、その他のテクノロジーを刺激する方法

フクロウとハチドリの翼がドローン、風力タービン、その他のテクノロジーを刺激する方法 筋骨格構造の進化的特徴のおかげで、ハチドリは横向きと後ろ向きに飛ぶことができる唯一の鳥です。 (シャッターストック)

進化は最高の発明者ですか? 何億年もの作業と自然界をキャンバスにすると、そのように見えます。

砂漠の水を保持するラクダから海の長く飛ぶアホウドリまで、進化は動物が生き残り、繁栄するのに最も役立つ能力を形作りました。

私の大学院の研究では、進化の最も印象的な発明のいくつかを探求しています。その多くは鳥に見られます。 具体的には、鳥の飛行行動と、体重、翼のサイズ、種の関連性、その他の生物学的特性との関係がどのように進化して、多くの種で見られる贅沢な飛行を生み出すかを研究します。

これらの発明は非常に優れているので、日常のテクノロジーにデザインを適用するために研究しています。

たとえば、複雑な操縦も可能な飛行装置の開発に役立ったハチドリの迅速かつ正確な飛行を考えてみましょう。 あるいは、静かで効率的な風力タービンの設計に影響を与えた、フクロウのステルス飛行。 どちらの場合も、バイオミミクリーは自然の発明からインスピレーションを得て、現在のテクノロジーを設計および改善します。

正確な操作

ハチドリは、世界で最も小さな鳥の一部です。 翼は小さく、軽量で胴体は比較的大きく、驚くほどの精度で驚くほど速く飛ぶことができます。 しかし、多くの種類の鳥は大きな翼を持っているので、その驚くべき操縦性に関して、ハチドリは何を際立たせていますか?

秘密は筋肉と骨にあります。

ハチドリ 飛行中に翼をすばやく連続的に羽ばたくには、大きな翼の筋肉が必要です、高翼ビート周波数として知られています。 羽ばたき頻度が高いので、ハチドリは、特に夏に花や裏庭の餌箱を訪れているときに、独特のホバリング飛行を行うことができます。

飛行中のハチドリのスローモーションビデオ。

ハチドリは必要 連続飛行するための大量のエネルギー 食べ物を集めます。 さらに、長い胸の骨の適応は、翼の筋肉に必要な完璧な表面です。胸の骨の表面が大きいほど、より多くの筋肉を接続できます。

ホバリングするために、ハチドリはXNUMXの字の形で羽を羽ばたきます。 このウィングビートスタイルは、 短縮された腕の骨からの継続的な「手首のフリック」 —他のどの鳥種にも見られない独特の特徴。 一緒に働くことにより、ハチドリの筋肉と骨はホバリングと横向きと後ろ向きの飛行を可能にします 50 km / hrを超える速度.

科学者は、ハチドリの筋肉と骨が一緒になってこれらの小さな鳥に高速で正確な飛行を生み出す方法を調べたとき、これらの同じメカニズムを設計できるかどうかに興味を持ちました。

このインスピレーションの例は 米国国防高等研究計画局のプロトタイプとして開発されたAeroVironmentのNano Hummingbird。 Nano Hummingbirdは、ハチドリの飛行を模倣して機敏で操作可能なエッジを獲得するドローンデバイスです。

これらのドローンは、到達不能な場所にアクセスし、接続されたビデオカメラを介して情報を収集できます。 ハチドリの飛行精度とその日常的な影響に関する研究が進むにつれ、自然の未知の領域を効果的に調査できるドローンが、以前考えられていたよりも早く発生する可能性があります。 これらのドローンの進歩は、気象監視、宅配、さらには映画撮影にも適用できます。

サイレントフライト

夜間の捕食者として、フクロウは獲物をうまく捕獲するために彼らの静かな狩猟戦術に依存しています。 飛行中に離陸するには、地面から降りるためにかなりの揚力が必要であり、空中に留まるにはより多くのエネルギーが必要です。 ただし、この揚力を生成するには、フクロウが大きな翼を羽ばたく必要があります。 このような大きな翼を羽ばたかせると、大量の音が鳴り、ステルスであることの目的が無効になると思うかもしれません。 しかし、そうですか?

飛行中、鳥の翼の動きが空気に乱気流を作り出し、そのおなじみの羽ばたき音を作り出します。 しかし、フクロウは飛行中の騒音を減らす信じられないほどのメカニズムを進化させてきました。 その秘密は、羽の構造にあります。

フクロウが静かに飛ぶ理由を調べるBBC Earthの実験。

フクロウの翼には、飛行中に空気と接触する、フロントに沿ってセレーションと呼ばれる鋭いエッジを持つ羽があります。 これら セレーションは通常、風切り音の原因となる乱気流を分散します、飛行中に発生するノイズを低減します。 空気が翼の後ろに流れると、流行の傾向と同様に、羽の端にあるフリンジのような構造が乱気流をすばやく効果的に分散させることにより、ノイズをさらに低減します。 これらXNUMXつの羽構造は、滑空飛行と組み合わせて、フクロウの静かな狩りに大きく貢献します。

フクロウのサイレントフライトアダプテーションからページを取り出して、研究者は同様の乱流破壊構造を使用して 風力タービンとファンによって生成される騒音を低減し、それらの効率を向上させる.

フクロウの静かな羽の適応を現代のタービン技術に適用すると、風力エネルギーのより効率的な変換が約束され、自然と技術の世界を統合することがいかに効果的であるかが強調されます。

表面を傷付ける

ハチドリとフクロウの飛行の適応は、自然の発明のほんの一部にすぎません。 キツツキに触発された脳震とう防止技術、カワセミのくちばしから形作られた列車の設計、そしてカラフルな鳥の羽の構造に影響を受けたレーザー技術に、生物模倣の別の形態があります。

自然がテクノロジーの進歩にどのように影響を与えたか、そして地球上のこれらの素晴らしい自然システムの探査を継続することの重要性を確認することは明らかです。会話

著者について

Ilias Berberi、博士課程の学生、生物学、 カールトン大学

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.

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