Como as asas de corujas e beija-flores inspiram drones, turbinas eólicas e outras tecnologias

Como as asas de corujas e beija-flores inspiram drones, turbinas eólicas e outras tecnologias Os beija-flores são os únicos pássaros que podem voar para os lados e para trás, graças a uma característica evolutiva de sua estrutura músculo-esquelética. (ShutterStock)

A evolução é o melhor inventor? Com centenas de milhões de anos de trabalho e o mundo natural como tela, parece que sim.

Desde os camelos que retêm água do deserto até os albatrozes voadores do mar, a evolução moldou as habilidades dos animais para melhor ajudá-los a sobreviver e prosperar.

Minha pesquisa de graduação explora algumas das invenções mais impressionantes da evolução, muitas das quais podem ser encontradas em pássaros. Especificamente, estudo os comportamentos de voo de aves e como as relações entre massa corporal, tamanho das asas, relação entre espécies e outras características biológicas evoluíram para gerar o vôo extravagante que vemos em muitas espécies.

Essas invenções são tão extraordinárias que as estudamos para aplicar seu design na tecnologia cotidiana.

Tomemos, por exemplo, o vôo rápido e preciso de um beija-flor que nos ajudou a desenvolver dispositivos voadores que também são capazes de manobras complexas. Ou o voo furtivo de uma coruja, que informou o design de turbinas eólicas silenciosas e eficientes. Nos dois casos, a biomimética se inspira em invenções naturais para projetar e aprimorar nossas tecnologias atuais.

Manobras precisas

Os beija-flores são alguns dos menores pássaros do mundo. Eles possuem torsos pequenos e leves com asas relativamente grandes que lhes permitem voar notavelmente rápido com uma precisão incrível. Mas muitos tipos de pássaros têm asas grandes, então o que diferencia os beija-flores quando se trata de sua incrível capacidade de manobra?

O segredo está dentro de seus músculos e ossos.


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Colibris exigem grandes músculos das asas para bater continuamente suas asas rapidamente durante o vôo, conhecido como alta frequência de batida de asa. A alta frequência de batida de asa permite que os beija-flores realizem seu voo pairando exclusivo, especialmente durante as visitas de verão a suas flores e alimentadores de quintal.

Vídeo em câmera lenta de beija-flores em voo.

Os beija-flores precisam grandes quantidades de energia para voar continuamente e reunir comida. Além disso, a adaptação de um longo osso do peito é a superfície perfeita necessária para os músculos das asas: quanto maior a superfície do osso do peito, mais músculos podem ser conectados.

Para pairar, os beija-flores batem as asas na forma de uma figura oito. Esse estilo de batida de asa é possível graças a “movimentos de pulso” contínuos do osso do braço encurtado - uma característica única não encontrada em nenhuma outra espécie de ave. Trabalhando juntos, os músculos e ossos dos beija-flores permitem pairar e voar para os lados e para trás velocidades superiores a 50 km / h.

Quando os cientistas observaram como os músculos e os ossos dos beija-flores se reúnem para gerar um vôo rápido e preciso nesses pequenos pássaros, eles se interessaram em saber se esses mesmos mecanismos poderiam ser projetados.

Um exemplo dessa inspiração é O Nano Hummingbird da AeroVironment, desenvolvido como um protótipo para a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada em Defesa dos EUA. O Nano Hummingbird é um dispositivo de drone que imita o vôo dos beija-flores para obter uma vantagem ágil e manobrável.

Esses drones podem acessar locais inacessíveis e coletar informações através de uma câmera de vídeo conectada. Com mais pesquisas sobre a precisão de vôo de beija-flores e suas implicações diárias, ter drones que podem examinar efetivamente territórios naturais desconhecidos pode acontecer mais cedo do que se pensava anteriormente. Esses avanços do drone podem ser aplicados ao monitoramento climático, envio de encomendas e até cinematografia.

Vôo silencioso

Como predadores noturnos, as corujas confiam em suas táticas de caça silenciosas para capturar presas com sucesso. Para decolar em voo, é necessária uma grande quantidade de força de sustentação para decolar do solo, e é necessária mais energia para permanecer no ar. Gerar essa força de sustentação, no entanto, exige que as corujas batam suas asas grandes. Você pode pensar que bater asas tão grandes faria muito barulho, derrotando o propósito de ser furtivo. Mas faz?

Durante o vôo, o movimento das asas de um pássaro cria turbulência no ar, o que faz aquele som familiar de bater. No entanto, as corujas desenvolveram mecanismos incríveis que reduzem o ruído durante o vôo. O segredo está dentro de suas estruturas de penas.

Um experimento da BBC Earth examinando por que as corujas voam tão silenciosamente.

As asas da coruja têm penas com bordas afiadas, chamadas serrilhas, ao longo de suas frentes, que estão em contato com o ar durante o vôo. Estes serrilhas quebram a turbulência do ar que normalmente causa ruído do vento, reduzindo o ruído gerado durante o voo. À medida que o ar flui para a parte traseira da asa, estruturas semelhantes a franjas - semelhantes à tendência da moda - no final das penas reduzem ainda mais o ruído, dispersando rápida e efetivamente qualquer turbulência. Emparelhadas com vôo planador, essas duas estruturas de penas contribuem fortemente para a caça silenciosa de uma coruja.

Tomando uma página das adaptações silenciosas de vôo em corujas, os pesquisadores estão tentando usar estruturas semelhantes à perturbação de turbulência para reduzir o ruído produzido por turbinas eólicas e ventiladores e melhorar sua eficiência.

A aplicação das adaptações silenciosas das penas da coruja à moderna tecnologia de turbinas promete uma conversão mais eficiente da energia eólica e destaca o quão eficaz pode ser integrar os nossos mundos natural e tecnológico.

Arranhando a superfície

As adaptações do vôo do beija-flor e da coruja apenas arranham a superfície das invenções da natureza. Formas adicionais de biomimética podem ser encontradas em tecnologias de prevenção de concussão inspiradas em pica-paus, desenhos de trens moldados a partir dos bicos de martinhos-pescadores e tecnologia a laser influenciada pela arquitetura de penas coloridas de pássaros.

É claro para ver como a natureza inspirou avanços na tecnologia e a importância de continuar explorando esses maravilhosos sistemas naturais na Terra.A Conversação

Sobre o autor

Ilias Berberi, Doutoranda em Biologia, Universidade de Carleton

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

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