貓頭鷹和蜂鳥的翅膀如何啟發無人機,風力渦輪機和其他技術

貓頭鷹和蜂鳥的翅膀如何啟發無人機,風力渦輪機和其他技術 蜂鳥是唯一可以向側面和向後飛行的鳥,這要歸功於它們的肌肉骨骼結構的進化特徵。 (存在Shutterstock)

進化論是最好的發明家嗎? 以億萬年的工作和自然世界為背景,它看起來是如此。

從沙漠的積水駱駝到長久飛行的信天翁,進化塑造了動物最大程度地幫助他們生存和繁衍的能力。

我的研究生研究探索了進化中最令人印象深刻的一些發明,其中許多是在鳥類中發現的。 具體來說,我研究鳥類的飛行行為,以及體重,機翼大小,物種相關性和其他生物學特性之間的關係如何演變,從而產生了我們在許多物種中看到的過度飛行。

這些發明非凡,以至於我們對其進行研究以將其設計應用於日常技術中。

例如,蜂鳥的迅速而精確的飛行幫助我們開發了也能進行複雜操縱的飛行裝置。 或貓頭鷹的隱身飛行,這為靜音高效風力渦輪機的設計提供了信息。 在這兩種情況下,仿生技術均從自然發明中汲取靈感,以設計和改進我們現有的技術。

精確動作

蜂鳥是世界上最小的鳥類。 它們擁有較小,輕巧的軀幹,帶有相對較大的機翼,使它們能夠以驚人的速度飛快地飛翔。 但是,許多類型的鳥都有較大的翅膀,那麼,使蜂鳥具有驚人的機動性的又是什麼呢?

秘訣在於他們的肌肉和骨骼。


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蜂鳥 需要大的機翼肌肉在飛行過程中快速持續拍打翅膀,稱為高機翼拍頻。 較高的機翼節拍頻率使蜂鳥能夠進行獨特的盤旋飛行,尤其是在夏天探訪您的花朵和後院飼養者時。

蜂鳥在飛行中的慢動作視頻。

蜂鳥需要 大量能量持續飛行 收集食物 另外,長胸骨的適應是翅膀肌肉所需的完美表面:胸骨表面越大,可以連接的肌肉越多。

為了盤旋,蜂鳥拍打著八字形的翅膀。 這種機翼拍子的風格是通過 從縮短的手臂骨上連續“腕部輕彈” -其他任何鳥類都沒有的獨特特徵。 通過共同努力,蜂鳥的肌肉和骨骼可以在空中盤旋並向側面和向後飛行 最高時速50公里.

當科學家研究蜂鳥的肌肉和骨骼如何聚集在一起以在這些小鳥中產生快速,精確的飛行時,他們開始對是否可以設計出相同的機制感興趣。

這種靈感的一個例子是 AeroVironment的納米蜂鳥,作為美國國防高級研究計劃局的原型開發。 納米蜂鳥是一種模仿蜂鳥飛行的無人機設備,可以獲得敏捷,可操縱的邊緣。

這些無人機可以通過連接的攝像機訪問無法到達的位置並收集信息。 隨著對蜂鳥飛行精度及其日常影響的更多研究,擁有可以有效檢查自然未知領域的無人機可能比以前認為的要早。 這些無人機的進步可以應用於天氣監控,包裹運輸甚至電影攝影。

靜音飛行

作為夜間掠食者,貓頭鷹依靠其沉默的狩獵策略來成功捕獲獵物。 要在飛行中起飛,需要大量的升力才能從地面上起飛,並且需要更多的能量才能停留在空中。 然而,產生這種升力需要貓頭鷹拍打它們的大翅膀。 您可能會認為,拍打這麼大的翅膀會發出很多聲響,無法達到隱身的目的。 但是嗎?

在飛行過程中,鳥的翅膀運動會在空中產生湍流,從而產生熟悉的拍打聲。 但是,貓頭鷹已經進化出令人難以置信的機制,可以減少飛行中的噪音。 秘密在於它們的羽毛結構。

英國廣播公司地球實驗,研究了貓頭鷹為何如此安靜地飛翔。

貓頭鷹的翅膀的羽毛沿其前部具有鋒利的邊緣,稱為鋸齒,在飛行過程中與空氣接觸。 這些 鋸齒會破壞通常會引起風噪聲的空氣湍流,減少飛行中產生的噪音。 當空氣流向機翼後部時,羽毛末端的類似流甦的結構(類似於時尚趨勢)通過快速有效地消除湍流進一步降低了噪音。 與滑行飛行相結合,這兩個羽毛結構極大地促進了貓頭鷹的安靜狩獵。

研究人員試圖從貓頭鷹的無聲飛行適應中獲取一頁,研究人員試圖使用類似的擾流結構來 減少風力渦輪機和風扇產生的噪音並提高其效率.

將貓頭鷹的無聲羽毛改編技術應用到現代渦輪技術中,有望實現風能的更有效轉換,並突顯了整合自然和技術世界的有效性。

劃傷表面

蜂鳥和貓頭鷹飛行的改編僅觸及大自然的發明表面。 仿生的其他形式的仿生形式也可以在啄木鳥啟發下使用的防震技術,由翠鳥喙形成的火車設計以及受彩色鳥羽毛結構影響的激光技術中找到。

顯而易見,自然是如何激發技術進步的,以及繼續探索地球上這些奇妙的自然系統的重要性。談話

關於作者

Ilias Berberi,生物學博士, 卡爾頓大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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