猫头鹰和蜂鸟的翅膀如何启发无人机,风力涡轮机和其他技术

猫头鹰和蜂鸟的翅膀如何启发无人机,风力涡轮机和其他技术 蜂鸟是唯一可以向侧面和向后飞行的鸟,这要归功于它们的肌肉骨骼结构的进化特征。 (存在Shutterstock)

进化论是最好的发明家吗? 以亿万年的工作和自然世界为背景,它看起来是如此。

从沙漠的积水骆驼到长久飞行的信天翁,进化塑造了动物最大程度地帮助它们生存和繁衍的能力。

我的研究生研究探索了进化中最令人印象深刻的一些发明,其中许多是在鸟类中发现的。 具体来说,我研究鸟类的飞行行为,以及体重,机翼大小,物种相关性和其他生物学特性之间的关系如何演变,从而产生了我们在许多物种中看到的过度飞行。

这些发明非凡,以至于我们对其进行研究以将其设计应用于日常技术中。

例如,蜂鸟的迅速而精确的飞行帮助我们开发了也能进行复杂操纵的飞行装置。 或猫头鹰的隐身飞行,这为静音高效风力涡轮机的设计提供了信息。 在这两种情况下,仿生技术均从自然发明中汲取灵感,以设计和改进我们目前的技术。

精确动作

蜂鸟是世界上最小的鸟类。 它们拥有较小,轻巧的躯干,带有相对较大的机翼,可让它们以不可思议的精确度快速飞行。 但是,许多类型的鸟都有较大的翅膀,那么,就其惊人的机动性而言,是什么使蜂鸟与众不同呢?

秘诀在于他们的肌肉和骨骼。


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蜂鸟 需要大的机翼肌肉在飞行过程中持续快速拍打翅膀,称为高机翼拍频。 较高的机翼节拍频率使蜂鸟能够执行其独特的盘旋飞行,尤其是在夏季探访您的花朵和后院喂食器时。

蜂鸟在飞行中的慢动作视频。

蜂鸟需要 大量能量持续飞行 收集食物 另外,长胸骨的适应是翅膀肌肉所需的完美表面:胸骨表面越大,可以连接的肌肉越多。

为了盘旋,蜂鸟拍打着八字形的翅膀。 这种机翼拍子的风格是通过 从缩短的手臂骨上连续“腕部轻弹” -其他任何鸟类都没有的独特特征。 通过共同努力,蜂鸟的肌肉和骨骼可以在以下位置盘旋并向侧面和向后飞行 最高时速50公里.

当科学家研究蜂鸟的肌肉和骨骼如何聚集在一起以在这些小鸟中产生快速,精确的飞行时,他们对是否可以设计出相同的机制感兴趣。

这种灵感的一个例子是 AeroVironment的纳米蜂鸟,作为美国国防高级研究计划局的原型开发。 纳米蜂鸟是一种模仿蜂鸟飞行的无人机设备,可以获得敏捷,可操纵的边缘。

这些无人机可以通过连接的摄像机访问无法到达的位置并收集信息。 随着对蜂鸟飞行精度及其日常影响的更多研究,拥有可以有效检查自然未知领域的无人机可能比以前认为的要早。 这些无人机的进步可以应用于天气监控,包裹运输甚至电影摄影。

静音飞行

作为夜间掠食者,猫头鹰依靠其沉默的狩猎策略来成功捕获猎物。 要在飞行中起飞,需要大量的升力才能从地面上起飞,并且需要更多的能量才能停留在空中。 然而,产生这种升力需要猫头鹰拍打它们的大翅膀。 您可能会认为,拍打这么大的翅膀会发出很多声响,无法达到隐身的目的。 但是吗?

在飞行过程中,鸟的翅膀运动会在空中产生湍流,从而产生熟悉的拍打声。 但是,猫头鹰已经进化出令人难以置信的机制,可以减少飞行中的噪音。 秘密在于它们的羽毛结构。

英国广播公司地球实验,研究了猫头鹰为何如此安静地飞翔。

猫头鹰的翅膀的羽毛沿其前部具有锋利的边缘,称为锯齿,在飞行过程中与空气接触。 这些 锯齿会破坏通常会引起风噪声的空气湍流,减少飞行中产生的噪音。 当空气流向机翼后部时,类似羽毛的结构(类似于流行趋势)在羽毛的末端,可通过快速有效地消除湍流来进一步降低噪音。 与滑行飞行相结合,这两个羽毛结构极大地促进了猫头鹰的安静狩猎。

摘自猫头鹰的无声飞行改编的一页,研究人员正在尝试使用类似的扰流结构来 减少风力涡轮机和风扇产生的噪音并提高其效率.

将猫头鹰的无声羽毛改编技术应用到现代涡轮技术中,有望实现风能的更有效转换,并突显了整合自然和技术世界的有效性。

划伤表面

蜂鸟和猫头鹰飞行的改编仅触及大自然的发明表面。 仿生的其他形式的仿生形式也可以在啄木鸟启发下使用的防震技术,由翠鸟喙形成的火车设计以及受彩色鸟羽毛结构影响的激光技术中找到。

显而易见,自然是如何激发技术进步的,以及继续探索地球上这些奇妙的自然系统的重要性。谈话

关于作者

Ilias Berberi,生物学博士, 卡尔顿大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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