Kolibris sind die einzigen Vögel, die dank eines evolutionären Merkmals ihrer muskuloskelettalen Struktur seitwärts und rückwärts fliegen können. (Shutterstock)

Ist die Evolution der beste Erfinder? Mit Hunderten von Millionen von Jahren Arbeit und der natürlichen Welt als Leinwand scheint es so.

Von den wasserhaltigen Kamelen der Wüste bis zu den lang fliegenden Albatrossen des Meeres hat die Evolution die Fähigkeit der Tiere geprägt, ihnen am besten zu helfen, zu überleben und zu gedeihen.

Meine Abschlussforschung untersucht einige der beeindruckendsten Erfindungen der Evolution, von denen viele in Vögeln zu finden sind. Insbesondere untersuche ich das Flugverhalten von Vögeln und wie sich die Beziehungen zwischen Körpermasse, Flügelgröße, Artenverwandtschaft und anderen biologischen Merkmalen entwickelt haben, um den extravaganten Flug zu erzeugen, den wir bei vielen Arten sehen.

Diese Erfindungen sind so außergewöhnlich, dass wir sie untersuchen, um ihr Design in der alltäglichen Technologie anzuwenden.

Nehmen wir zum Beispiel den schnellen und präzisen Flug eines Kolibris, der uns geholfen hat, Fluggeräte zu entwickeln, die auch komplizierte Manöver ermöglichen. Oder der heimliche Flug einer Eule, der das Design leiser und effizienter Windkraftanlagen geprägt hat. In beiden Fällen lässt sich die Biomimik von natürlichen Erfindungen inspirieren, um unsere aktuellen Technologien zu entwerfen und zu verbessern.

Präzise Manöver

Kolibris gehören zu den kleinsten Vögeln der Welt. Sie besitzen kleine, leichte Torsos mit relativ großen Flügeln, die es ihnen ermöglichen, bemerkenswert schnell und mit unglaublicher Präzision zu fliegen. Aber viele Arten von Vögeln haben große Flügel. Was unterscheidet Kolibris von ihrer erstaunlichen Manövrierfähigkeit?

Das Geheimnis liegt in ihren Muskeln und Knochen.

Kolibri erfordern große Flügelmuskeln, um ihre Flügel während des Fluges ständig schnell zu schlagen, bekannt als hohe Flügelschlagfrequenz. Dank der hohen Flügelschlagfrequenz können Kolibris ihren einzigartigen Schwebeflug durchführen, insbesondere während ihrer Sommerbesuche bei Ihren Blumen- und Gartenhäuschen.

Zeitlupenvideo von Kolibris im Flug.

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Kolibris brauchen große Mengen an Energie, um kontinuierlich zu fliegen und Essen sammeln. Darüber hinaus ist die Anpassung eines langen Brustknochens die perfekte Oberfläche für die Flügelmuskulatur: Je größer die Oberfläche des Brustknochens ist, desto mehr Muskeln können verbunden werden.

Um zu schweben, schlagen Kolibris mit den Flügeln in Form einer Acht. Dieser Wing-Beat-Stil wird ermöglicht durch kontinuierliche "Handgelenksbewegungen" von ihrem verkürzten Armknochen - eine einzigartige Eigenschaft, die bei keiner anderen Vogelart zu finden ist. Durch die Zusammenarbeit ermöglichen die Muskeln und Knochen von Kolibris Schweben und seitwärts und rückwärts fliegen bei Geschwindigkeiten über 50 km / h.

Als Wissenschaftler untersuchten, wie die Muskeln und Knochen von Kolibris zusammenkommen, um bei diesen winzigen Vögeln einen schnellen und präzisen Flug zu erzeugen, interessierten sie sich dafür, ob dieselben Mechanismen konstruiert werden könnten.

Ein Beispiel für diese Inspiration ist Der Nano-Kolibri von AeroVironment wurde als Prototyp für die US-amerikanische Agentur für fortgeschrittene Verteidigungsforschungsprojekte entwickelt. Der Nano-Kolibri ist ein Drohnengerät, das den Flug von Kolibris nachahmt, um eine agile, wendige Kante zu erhalten.

Diese Drohnen können über eine angeschlossene Videokamera auf nicht erreichbare Orte zugreifen und Informationen sammeln. Mit mehr Forschung über die Präzision des Kolibri-Fluges und seine alltäglichen Auswirkungen könnte es früher als bisher angenommen geschehen, dass Drohnen, die natürliche unbekannte Gebiete effektiv untersuchen können, eingesetzt werden. Diese Fortschritte bei Drohnen können auf Wetterüberwachung, Paketversand und sogar Kinematografie angewendet werden.

Stiller Flug

Als nächtliche Raubtiere verlassen sich Eulen auf ihre stille Jagdtaktik, um erfolgreich Beute zu fangen. Das Abheben im Flug erfordert eine große Auftriebskraft, um vom Boden abzuheben, und es wird mehr Energie benötigt, um in der Luft zu bleiben. Um diese Auftriebskraft zu erzeugen, müssen Eulen jedoch mit ihren großen Flügeln schlagen. Sie könnten denken, dass das Schlagen so großer Flügel eine Menge Lärm verursachen würde, was den Zweck der Verstohlenheit zunichte macht. Aber tut es das?

Während des Fluges erzeugt die Bewegung der Flügel eines Vogels Turbulenzen in der Luft, die dieses vertraute Schlaggeräusch erzeugen. Eulen haben jedoch unglaubliche Mechanismen entwickelt, die den Lärm während des Fluges reduzieren. Das Geheimnis liegt in ihren Federstrukturen.

Ein BBC Earth-Experiment untersucht, warum Eulen so leise fliegen.

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Eulenflügel haben an ihren Fronten Federn mit scharfen Kanten, sogenannte Zacken, die während des Fluges mit der Luft in Kontakt kommen. Diese Zacken brechen die Luftturbulenzen auf, die normalerweise Windgeräusche verursachenReduzierung des Fluggeräuschs. Wenn Luft zum hinteren Teil des Flügels strömt, reduzieren randartige Strukturen - ähnlich dem Modetrend - am Ende der Federn das Geräusch weiter, indem sie Turbulenzen schnell und effektiv zerstreuen. Gepaart mit dem Gleitflug tragen diese beiden Federstrukturen stark zur ruhigen Jagd einer Eule bei.

Die Forscher nehmen eine Seite aus den stillen Fluganpassungen bei Eulen und versuchen, ähnliche turbulenzstörende Strukturen zu verwenden wie Reduzieren Sie die Geräusche von Windkraftanlagen und Ventilatoren und verbessern Sie deren Effizienz.

Die Anwendung der stillen Federanpassungen der Eule auf die moderne Turbinentechnologie verspricht eine effizientere Umwandlung der Windenergie und zeigt, wie effektiv es sein kann, unsere natürlichen und technologischen Welten zu integrieren.

An der Oberfläche kratzen

Die Anpassungen von Kolibri und Eulenflug kratzen nur an der Oberfläche der Erfindungen der Natur. Zusätzliche Formen der Biomimikry finden sich in Technologien zur Verhinderung von Gehirnerschütterungen, die von Spechten inspiriert sind, Zugdesigns, die aus den Schnäbeln von Eisvögeln geformt wurden, und Lasertechnologie, die von der Architektur bunter Vogelfedern beeinflusst wird.

Es ist klar zu sehen, wie die Natur Fortschritte in der Technologie inspiriert hat und wie wichtig es ist, diese wunderbaren natürlichen Systeme auf der Erde weiter zu erforschen.

Über den Autor

Ilias Berberi, Doktorand, Biologie, Carleton Universität

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