Chim ruồi là loài chim duy nhất có thể bay ngang và bay ngược, nhờ một đặc điểm tiến hóa của cấu trúc cơ xương. (Shutterstock)

Là tiến hóa là nhà phát minh tốt nhất? Với hàng trăm triệu năm làm việc và thế giới tự nhiên như bức tranh vẽ của nó, có vẻ như vậy.

Từ những con lạc đà giữ nước của sa mạc đến những con hải âu bay dài trên biển, sự tiến hóa đã định hình khả năng của động vật để giúp chúng sống sót và phát triển tốt nhất.

Nghiên cứu sau đại học của tôi khám phá một số phát minh ấn tượng nhất của sự tiến hóa, nhiều trong số đó có thể được tìm thấy ở các loài chim. Cụ thể, tôi nghiên cứu hành vi bay của chim và mối quan hệ giữa khối lượng cơ thể, kích thước cánh, sự liên quan của loài và các đặc điểm sinh học khác đã phát triển để tạo ra chuyến bay xa hoa mà chúng ta thấy ở nhiều loài.

Những phát minh này rất phi thường đến nỗi chúng tôi nghiên cứu chúng để áp dụng thiết kế của chúng trong công nghệ hàng ngày.

Lấy ví dụ, chuyến bay nhanh và chính xác của một con chim ruồi đã giúp chúng tôi phát triển các thiết bị bay cũng có khả năng cơ động phức tạp. Hoặc chuyến bay lén lút của một con cú, đã thông báo cho thiết kế các tuabin gió im lặng và hiệu quả. Trong cả hai trường hợp, biimicry lấy cảm hứng từ các phát minh tự nhiên để thiết kế và cải tiến các công nghệ hiện tại của chúng tôi.

Thao tác chính xác

Chim ruồi là một số loài chim nhỏ nhất trên thế giới. Chúng sở hữu những chiếc xoắn nhỏ, nhẹ với đôi cánh tương đối lớn cho phép chúng bay nhanh đáng kinh ngạc với độ chính xác đáng kinh ngạc. Nhưng nhiều loại chim có đôi cánh lớn, vậy điều gì làm cho chim ruồi khác biệt khi nói đến khả năng cơ động tuyệt vời của chúng?

Bí mật nằm trong cơ bắp và xương của họ.

Chim ruồi đòi hỏi cơ cánh lớn để liên tục vỗ cánh nhanh chóng trong suốt chuyến bay, được gọi là tần số nhịp cánh cao. Tần số nhịp cánh cao cho phép chim ruồi thực hiện chuyến bay lơ lửng độc đáo của chúng, đặc biệt là trong các chuyến thăm mùa hè của chúng đến những người cho ăn hoa và sân sau của bạn.

Video quay chậm của chim ruồi trong chuyến bay.

{vembed Y = gJ_T_Y1rxHw}

Chim ruồi cần lượng lớn năng lượng để bay liên tục và thu thập thức ăn. Ngoài ra, sự thích nghi của xương ngực dài là bề mặt hoàn hảo cần thiết cho cơ cánh: bề mặt xương ngực càng lớn, cơ bắp càng có thể được kết nối.

Để bay lượn, chim ruồi vỗ cánh theo hình số tám. Phong cách đập cánh này được thực hiện bởi liên tục cổ tay người hâm mộ liên tục làm từ xương cánh tay rút ngắn của họ - một đặc điểm độc đáo không tìm thấy ở bất kỳ loài chim nào khác. Bằng cách làm việc cùng nhau, cơ và xương của chim ruồi cho phép bay lượn và bay ngang và bay ngược lại tại tốc độ tối đa 50 km / giờ.

Khi các nhà khoa học xem xét cách cơ bắp và xương của chim ruồi kết hợp với nhau để tạo ra chuyến bay nhanh, chính xác ở những con chim nhỏ này, chúng trở nên quan tâm đến việc liệu những cơ chế tương tự này có thể được thiết kế hay không.

Một ví dụ về cảm hứng này là Nano Hummingbird của AeroVironment, được phát triển như một nguyên mẫu cho Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng Hoa Kỳ. Nano Hummingbird là một thiết bị bay không người lái bắt chước chuyến bay của những con chim ruồi để có được một cạnh nhanh nhẹn, có thể điều khiển được.

Những máy bay không người lái này có thể truy cập các vị trí không thể truy cập và thu thập thông tin thông qua một máy quay video kèm theo. Với nhiều nghiên cứu về độ chính xác của chuyến bay của chim ruồi và ý nghĩa hàng ngày của nó, việc có máy bay không người lái có thể kiểm tra hiệu quả các vùng đất chưa được khám phá tự nhiên có thể xảy ra sớm hơn so với trước đây. Những tiến bộ của máy bay không người lái này có thể được áp dụng để theo dõi thời tiết, vận chuyển bưu kiện và thậm chí cả điện ảnh.

Chuyến bay im lặng

Là kẻ săn mồi vào ban đêm, những con cú dựa vào chiến thuật săn mồi thầm lặng của chúng để bắt thành công con mồi. Để cất cánh trong chuyến bay đòi hỏi một lực nâng lớn để lên khỏi mặt đất, và cần nhiều năng lượng hơn để ở trong không khí. Tuy nhiên, việc tạo ra lực nâng này đòi hỏi những con cú phải vỗ cánh lớn của chúng. Bạn có thể nghĩ rằng vỗ cánh lớn như vậy sẽ tạo ra rất nhiều tiếng ồn, đánh bại mục đích tàng hình. Nhưng phải không?

Trong suốt chuyến bay, chuyển động của cánh chim tạo ra sự hỗn loạn trong không khí, tạo ra âm thanh vỗ cánh quen thuộc đó. Tuy nhiên, cú đã phát triển các cơ chế đáng kinh ngạc làm giảm tiếng ồn trong suốt chuyến bay. Bí mật nằm trong cấu trúc lông vũ của chúng.

Một thí nghiệm của BBC Earth kiểm tra tại sao con cú lại bay rất âm thầm.

{vembed Y = d_FEaFgJyfA}

Cánh cú có lông với các cạnh sắc nhọn, được gọi là răng cưa, dọc theo mặt trước của chúng, tiếp xúc với không khí trong suốt chuyến bay. Những răng cưa phá vỡ sự nhiễu loạn không khí thường gây ra tiếng ồn gió, giảm tiếng ồn phát sinh trong chuyến bay. Khi không khí chảy ra phía sau cánh, các cấu trúc giống như rìa - tương tự như xu hướng thời trang - ở phần cuối của lông vũ làm giảm tiếng ồn bằng cách phân tán nhanh chóng và hiệu quả bất kỳ sự nhiễu loạn nào. Được kết hợp với chuyến bay lượn, hai cấu trúc lông vũ này góp phần mạnh mẽ vào cuộc săn lùng yên tĩnh của một con cú.

Lấy một trang từ các điều chỉnh chuyến bay im lặng bằng con cú, các nhà nghiên cứu đang cố gắng sử dụng các cấu trúc gây rối loạn tương tự như vậy để giảm tiếng ồn do tuabin gió và quạt và cải thiện hiệu quả của chúng.

Áp dụng sự thích nghi lông vũ của con cú vào công nghệ tuabin hiện đại hứa hẹn chuyển đổi năng lượng gió hiệu quả hơn và làm nổi bật hiệu quả của việc tích hợp thế giới tự nhiên và công nghệ của chúng ta.

Làm xước bề mặt

Sự thích nghi của chim ruồi và cú bay chỉ làm trầy xước bề mặt của các phát minh tự nhiên. Các hình thức sinh học bổ sung có thể được tìm thấy trong các công nghệ ngăn chặn chấn động lấy cảm hứng từ chim gõ kiến, thiết kế tàu hỏa được tạo hình từ mỏ chim bói cá và công nghệ laser chịu ảnh hưởng của kiến ​​trúc lông chim đầy màu sắc.

Rõ ràng để thấy thiên nhiên đã truyền cảm hứng cho những tiến bộ trong công nghệ và tầm quan trọng của việc tiếp tục khám phá các hệ thống tự nhiên tuyệt vời này trên Trái đất.

Giới thiệu về Tác giả

Ilias Berberi, Nghiên cứu sinh, Sinh học, Đại học Carleton

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.