Burung kolibri adalah satu-satunya burung yang dapat terbang ke samping dan ke belakang, berkat ciri evolusi struktur muskuloskeletal mereka. (Shutterstock)

Adakah evolusi adalah pencipta terbaik? Dengan beratus-ratus juta tahun kerja dan dunia semula jadi sebagai kanvasnya, nampaknya begitu.

Dari unta penahan air di padang pasir hingga albatros laut yang panjang, evolusi telah membentuk kemampuan haiwan untuk membantu mereka bertahan dan berkembang maju.

Penyelidikan siswazah saya meneroka beberapa penemuan evolusi yang paling mengagumkan, yang banyak terdapat pada burung. Secara khusus, saya mengkaji tingkah laku penerbangan burung dan bagaimana hubungan antara jisim badan, ukuran sayap, hubungan spesies dan sifat biologi lain telah berkembang untuk menghasilkan penerbangan yang berlebihan yang kita lihat di banyak spesies.

Penemuan ini sangat luar biasa sehingga kami mempelajarinya untuk menerapkan reka bentuk mereka dalam teknologi seharian.

Ambil, sebagai contoh, penerbangan burung kolibri yang pantas dan tepat yang telah membantu kami mengembangkan alat terbang yang juga mampu melakukan manuver yang rumit. Atau penerbangan burung hantu yang tersembunyi, yang telah memberitahu reka bentuk turbin angin yang senyap dan cekap. Dalam kedua kes tersebut, biomimikri mendapat inspirasi dari penemuan semula jadi untuk merancang dan memperbaiki teknologi terkini kita.

Manuver tepat

Burung kolibri adalah beberapa burung terkecil di dunia. Mereka mempunyai batang tubuh yang kecil dan ringan dengan sayap yang agak besar yang membolehkan mereka terbang dengan pantas dengan ketepatan yang luar biasa. Tetapi banyak jenis burung mempunyai sayap yang besar, jadi apa yang membedakan burung kolibri dalam hal manuver mereka yang luar biasa?

Rahsia terletak pada otot dan tulang mereka.

Hummingbirds memerlukan otot sayap yang besar untuk terus mengepakkan sayapnya dengan cepat semasa penerbangan, dikenali sebagai frekuensi rentak sayap tinggi. Kekerapan rentak sayap tinggi membolehkan burung kolibri melakukan penerbangan melayang unik mereka, terutama semasa lawatan musim panas mereka ke pengumpan bunga dan halaman belakang anda.

Video gerakan perlahan burung kolibri dalam penerbangan.

{vembed Y = gJ_T_Y1rxHw}

Burung kolibri perlu sejumlah besar tenaga untuk terbang secara berterusan dan mengumpulkan makanan. Selain itu, penyesuaian tulang dada yang panjang adalah permukaan sempurna yang diperlukan untuk otot sayap: semakin besar permukaan tulang dada, semakin banyak otot dapat dihubungkan.

Untuk melayang, burung kolibri mengepakkan sayapnya dalam bentuk angka lapan. Gaya pemukul sayap ini dimungkinkan oleh "pergelangan tangan" berterusan dari tulang lengannya yang dipendekkan - ciri unik yang tidak terdapat pada spesies burung lain. Dengan bekerja bersama, otot dan tulang burung kolibri memungkinkan untuk melayang dan ke samping dan terbang ke belakang di kelajuan yang melebihi 50 km / jam.

Ketika para saintis melihat bagaimana otot dan tulang burung kolibri berkumpul untuk menghasilkan penerbangan tepat dan cepat pada burung-burung kecil ini, mereka menjadi tertarik sama ada mekanisme yang sama dapat dibuat.

Contoh inspirasi ini adalah Nano Hummingbird AeroVironment, dikembangkan sebagai prototaip untuk Agensi Projek Penyelidikan Lanjutan Pertahanan AS. Nano Hummingbird adalah alat drone yang meniru penerbangan burung kolibri untuk mendapatkan kelebihan yang tangkas.

Drone ini dapat mengakses lokasi yang tidak dapat dijangkau dan mengumpulkan maklumat melalui kamera video yang dilampirkan. Dengan lebih banyak penyelidikan mengenai ketepatan penerbangan burung kolibri dan implikasinya sehari-hari, mempunyai drone yang dapat memeriksa wilayah semula jadi yang belum dipetakan secara efektif mungkin berlaku lebih cepat daripada yang diyakini sebelumnya. Kemajuan drone ini dapat digunakan untuk pemantauan cuaca, pengiriman bungkusan dan juga sinematografi.

Penerbangan senyap

Sebagai pemangsa pada waktu malam, burung hantu bergantung pada taktik memburu senyap mereka untuk berjaya menangkap mangsa. Untuk terbang dalam penerbangan memerlukan sejumlah besar daya angkat untuk turun dari tanah, dan lebih banyak tenaga diperlukan untuk tetap di udara. Namun, untuk menghasilkan daya angkat ini, memerlukan burung hantu untuk mengepakkan sayapnya yang besar. Anda mungkin berfikir bahawa mengepakkan sayap besar seperti itu akan membuat banyak suara, mengalahkan tujuan menjadi tersembunyi. Tetapi adakah ia?

Semasa penerbangan, pergerakan sayap burung menimbulkan pergolakan di udara, yang membuat suara mengepak yang biasa. Namun, burung hantu telah mengembangkan mekanisme luar biasa yang mengurangkan kebisingan semasa penerbangan. Rahsia terletak pada struktur bulu mereka.

Eksperimen BBC Earth meneliti mengapa burung hantu terbang dengan senyap.

{vembed Y = d_FEaFgJyfA}

Sayap burung hantu memiliki bulu dengan tepi tajam, disebut serrations, di sepanjang bahagian depannya, yang bersentuhan dengan udara semasa penerbangan. Ini serrasi memecahkan pergolakan udara yang biasanya menyebabkan bunyi angin, mengurangkan bunyi yang dihasilkan semasa penerbangan. Semasa udara mengalir ke bahagian belakang sayap, struktur seperti pinggiran - mirip dengan trend fesyen - di hujung bulu mengurangkan lagi bunyi dengan menyebarkan pergolakan dengan cepat dan berkesan. Dipasangkan dengan penerbangan meluncur, kedua struktur bulu ini sangat menyumbang kepada perburuan burung hantu yang tenang.

Mengambil halaman dari penyesuaian penerbangan senyap dalam burung hantu, para penyelidik berusaha menggunakan struktur gangguan turbulensi yang serupa dengan mengurangkan bunyi yang dihasilkan oleh turbin angin dan kipas angin dan meningkatkan kecekapannya.

Menerapkan penyesuaian bulu senyap burung hantu ke teknologi turbin moden menjanjikan penukaran tenaga angin yang lebih cekap, dan menyoroti seberapa berkesannya penyatuan dunia alam dan teknologi kita.

Menggigit permukaan

Adaptasi penerbangan burung kolibri dan burung hantu hanya menggaru permukaan ciptaan alam. Bentuk biomimikri tambahan boleh didapati dalam teknologi pencegahan gegar otak yang diilhami oleh pelatuk kayu, reka bentuk kereta api yang terbentuk dari paruh kingfishers dan teknologi laser yang dipengaruhi oleh seni bina bulu burung yang berwarna-warni.

Sudah jelas untuk melihat bagaimana alam telah mengilhami kemajuan teknologi, dan pentingnya meneruskan penerokaan sistem semula jadi yang indah ini di Bumi.

Tentang Pengarang

Ilias Berberi, Pelajar PhD, Biologi, Carleton University

Artikel ini diterbitkan semula daripada Perbualan di bawah lesen Creative Commons. Membaca artikel asal.