I colibrì sono gli unici uccelli che possono volare lateralmente e all'indietro, grazie a una caratteristica evolutiva della loro struttura muscolo-scheletrica. (Shutterstock)

L'evoluzione è il miglior inventore? Con centinaia di milioni di anni di lavoro e il mondo naturale come tela, sembrerebbe così.

Dagli cammelli che trattengono l'acqua del deserto agli albatri volanti del mare, l'evoluzione ha plasmato le capacità degli animali per aiutarli a sopravvivere e prosperare.

La mia ricerca universitaria esplora alcune delle invenzioni più impressionanti dell'evoluzione, molte delle quali possono essere trovate negli uccelli. In particolare, studio i comportamenti di volo degli uccelli e come si sono evolute le relazioni tra massa corporea, dimensioni delle ali, correlazione tra specie e altri tratti biologici per generare il volo stravagante che vediamo in molte specie.

Queste invenzioni sono così straordinarie che le studiamo per applicare il loro design nella tecnologia di tutti i giorni.

Prendiamo ad esempio il volo rapido e preciso di un colibrì che ci ha aiutato a sviluppare dispositivi di volo che sono anche in grado di manovre complesse. O il volo furtivo di un gufo, che ha informato la progettazione di turbine eoliche silenziose ed efficienti. In entrambi i casi, la biomimetica trae ispirazione dalle invenzioni naturali per progettare e migliorare le nostre attuali tecnologie.

Manovre precise

I colibrì sono alcuni dei più piccoli uccelli del mondo. Possiedono torsi piccoli e leggeri con ali relativamente grandi che consentono loro di volare straordinariamente velocemente con incredibile precisione. Ma molti tipi di uccelli hanno ali grandi, quindi cosa distingue i colibrì quando si tratta della loro straordinaria manovrabilità?

Il segreto sta nei loro muscoli e ossa.

Colibrì richiedono grandi muscoli delle ali per sbattere continuamente le ali rapidamente durante il volo, noto come alta frequenza di battimento dell'ala. L'elevata frequenza del battito delle ali consente ai colibrì di eseguire il loro volo in bilico unico, soprattutto durante le loro visite estive ai fiori e alle mangiatoie del cortile.

Video al rallentatore di colibrì in volo.

{vembato Y=gJ_T_Y1rxHw}

I colibrì hanno bisogno grandi quantità di energia per volare continuamente e raccogliere cibo. Inoltre, l'adattamento di un lungo osso toracico è la superficie perfetta necessaria per i muscoli delle ali: più grande è la superficie dell'osso toracico, più muscoli possono essere collegati.

Per librarsi, i colibrì sbattono le ali a forma di otto. Questo stile di battito d'ala è reso possibile da "movimenti del polso" continui dall'osso del braccio accorciato - una caratteristica unica che non si trova in nessun'altra specie di uccelli. Lavorando insieme, i muscoli e le ossa dei colibrì consentono il volo in bilico e lateralmente e all'indietro velocità che superano i 50 km / h.

Quando gli scienziati hanno esaminato il modo in cui i muscoli e le ossa dei colibrì si uniscono per generare un volo rapido e preciso in questi piccoli uccelli, si sono interessati a se questi stessi meccanismi potessero essere progettati.

Un esempio di questa ispirazione è Nano Hummingbird di AeroVironment, sviluppato come prototipo per l'Agenzia di progetti di ricerca avanzata della difesa degli Stati Uniti. Il Nano Hummingbird è un dispositivo drone che imita il volo dei colibrì per ottenere un bordo agile e manovrabile.

Questi droni possono accedere a posizioni irraggiungibili e raccogliere informazioni tramite una videocamera collegata. Con ulteriori ricerche sulla precisione del volo del colibrì e le sue implicazioni quotidiane, avere droni in grado di esaminare efficacemente territori inesplorati naturali potrebbe accadere prima di quanto si credesse in precedenza. Questi avanzamenti dei droni possono essere applicati al monitoraggio meteorologico, alla spedizione dei pacchi e persino alla cinematografia.

Volo silenzioso

Come predatori notturni, i gufi si affidano alle loro tattiche di caccia silenziosa per catturare con successo le prede. Per decollare in volo è necessaria una grande quantità di forza di sollevamento per scendere da terra e per rimanere in aria è necessaria più energia. Generare questa forza di sollevamento, tuttavia, richiede ai gufi di sbattere le ali grandi. Potresti pensare che sbattere ali così grandi farebbe un sacco di rumore, sconfiggendo lo scopo di essere furtivo. Ma lo fa?

Durante il volo, il movimento delle ali di un uccello crea turbolenza nell'aria, che produce quel suono familiare di sbattimento. Tuttavia, i gufi hanno sviluppato incredibili meccanismi che riducono il rumore durante il volo. Il segreto sta nelle loro strutture di piume.

Un esperimento della BBC Earth che esamina il motivo per cui i gufi volano così silenziosamente.

{vembato Y=d_FEaFgJyfA}

Le ali di gufo hanno piume con spigoli vivi, chiamate dentellature, lungo i loro fronti, che sono in contatto con l'aria durante il volo. Queste dentellature interrompono la turbolenza dell'aria che normalmente causa rumore del vento, riducendo il rumore generato durante il volo. Mentre l'aria fluisce verso la parte posteriore dell'ala, le strutture simili a frange - simili alla tendenza della moda - alla fine delle piume riducono ulteriormente il rumore disperdendo rapidamente ed efficacemente qualsiasi turbolenza. Abbinate al volo a vela, queste due strutture di piume contribuiscono fortemente alla caccia silenziosa di un gufo.

Prendendo una pagina dagli adattamenti del volo silenzioso nei gufi, i ricercatori stanno tentando di utilizzare strutture simili che disturbano la turbolenza per ridurre il rumore prodotto da turbine eoliche e ventilatori e migliorarne l'efficienza.

L'applicazione degli adattamenti silenziosi della piuma del gufo alla moderna tecnologia delle turbine promette una conversione più efficiente dell'energia eolica e sottolinea quanto possa essere efficace integrare i nostri mondi naturali e tecnologici.

Grattando la superficie

Gli adattamenti del volo colibrì e gufo graffiano solo la superficie delle invenzioni della natura. Ulteriori forme di biomimetica si possono trovare nelle tecnologie di prevenzione delle commozioni cerebrali ispirate ai picchi, ai progetti di treni modellati dai becchi dei martin pescatori e alla tecnologia laser influenzata dall'architettura delle piume colorate degli uccelli.

È chiaro come la natura abbia ispirato i progressi della tecnologia e l'importanza di continuare l'esplorazione di questi meravigliosi sistemi naturali sulla Terra.

Circa l'autore

Ilias Berberi, dottorando, biologia, Università Carleton

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.