Μια μελέτη λέει ότι τα περισσότερα ζώα που πετούν ή κολυμπούν λυγίζουν τα φτερά ή τα πτερύγιά τους, σε παρόμοιες γεωμετρικές αναλογίες και από παρόμοιες γωνίες.
Η φαινομενικά καθολική αρχή, η οποία ισχύει για πλάσματα τόσο διαφορετικά όπως οι σκώροι και οι καρχαρίες, μπορεί να καθοδηγήσει τους σχεδιαστές συσκευών που ωθούνται μέσω του αέρα ή του νερού. Η εργασία δημοσιεύεται σήμερα στο Nature Communications.
Η έρευνα για την ανάπτυξη ιπτάμενων μηχανών με βάση την αεροδυναμική των παλλόμενων φτερών παρεμποδίζεται από την έλλειψη πληροφοριών σχετικά με το πώς τα πουλιά επιτυγχάνουν την σταθερότητα και τον έλεγχο.
Έτσι, ακόμα κι αν στα πρώτα όνειρα για μια ανθρώπινη πτήση, από την ιστορία του Ίκαρου μέχρι τα σχέδια του Leonardo da Vinci, ο άνθρωπος προσπάθησε να μιμηθεί τα πουλιά, τα πρακτικά σχέδια από τους αδελφούς Ράιτ και μετά έχουν επικεντρωθεί στη πτέρυγα σταθερής αεροτομής. Μόνο πολύ πρόσφατα άρχισαν να κατασκευάζονται συσκευές που χρησιμοποιούν παλλόμενες πτέρυγες.
Η επιστημονική γνώμη έχει διαφοροποιηθεί σχετικά με το αν το γεγονός ότι τα φτερά των ζώων είναι ευέλικτα, και όχι άκαμπτα, όπως τα φτερά ενός αεροπλάνου, βοηθά ή εμποδίζει την παραγωγή της ώσης. Ο John Costello, ένας βιολόγος στο Κολέγιο Providence στο Ρόουντ Άιλαντ και οι συνεργάτες του θεωρούν ότι η ευελιξία θα μπορούσε να είναι το κλειδί στην φυσική διαμάχη, έτσι αποφάσισαν να ερευνήσουν πως πραγματικά παραμορφώνονται τα φτερά των ζώων.
Φτερά και πτερύγια
Υποψιάστηκαν ότι παρόμοια αποτελέσματα κάμψης θα πρέπει είναι εμφανή τόσο στα φτερά όσο και στα πτερύγια που χρησιμοποιούνται για την πρόωση στο νερό. Στην πραγματικότητα, το αρχικό κίνητρό τους για την εργασία τους δόθηκε από ένα έργο για το Γραφείο Ναυτικών Ερευνών των ΗΠΑ για να αναπτύξουν ένα βιολογικά εμπνευσμένο «όχημα μέδουσας». Αυτό το έργο, λέει ο Costello, έδειξε ότι «η προσθήκη ενός απλού παθητικού πτερυγίου, σε μια κατά τα άλλα άκαμπτη επιφάνεια, οδήγησε σε τάξεις μεγέθους αύξησης της προωθητικής απόδοσης».
Οι ερευνητές χτένισαν ιστοσελίδες με βίντεο, συμπεριλαμβανομένου του YouTube και του Vimeo, για πλάνα ειδών που κυμαίνονται από τις μύγες των καρπών μέχρι τις νυχτερίδες και από δίθυρα μέχρι τις μεγαπτεροφάλαινες.
Για ολόκληρη τη τεράστια ποικιλία σχημάτων και δομών προώθησης – αραχνοΰφαντες μεμβράνες, φτερά, παχιές και βαριές ουρές φαλαινών – οι ερευνητές διαπίστωσαν μικρή διακύμανση σε ορισμένες μεταβλητές, τις οποίες μέτρησαν ουσιαστικά με το χέρι. Συγκεκριμένα, σε 59 είδη η απόσταση από το σημείο όπου αρχίζει η κάμψη μέχρι την βάση της πτέρυγας έτεινε να είναι περίπου τα δύο τρίτα του συνολικού μήκους της πτέρυγας, ενώ η μέγιστη γωνία κάμψης κυμαινόταν από 15° έως 38°.
Ζώα με πολύ διαφορετικό εξελικτικό υπόβαθρο, ως εκ τούτου όλα βρήκαν την ίδια λύση σε ένα κοινό πρόβλημα. «Η εξέλιξή τους διέπεται από τους φυσικούς νόμους που καθορίζουν τις αλληλεπιδράσεις με τα υγρά,» λέει ο Costello. «Δεν έχει σημασία αν προέρχονται από προγόνους που σέρνονταν, περπατούσαν ή πηδούσαν. Από την στιγμή που προσαρμόστηκαν σε ένα υγρό περιβάλλον, εξελίχθηκαν μέσα σε ένα σύστημα που καθορίζεται από ένα κοινό σύνολο ορίων.»
Αυτό που είναι το πιο εκπληκτικό, σχετικά με τα ευρήματα, είναι ότι όλα αυτά τα ζώα έχουν συγκλίνει σε αυτό που φαίνεται να είναι ένας παγκόσμιος νόμος, παρά το γεγονός ότι είναι φορείς με διαφορετική ανατομία και φυσιολογία, κατασκευασμένοι από διαφορετικά υλικά, λέει ο Graham Taylor, ο οποίος μελετά την πτήση των ζώων στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης. «Η αδύναμη συγκριτικά πτέρυγα ενός εντόμου παραμορφώνεται στον ίδιο βαθμό κατά την πτήση όπως και η ισχυρή, σαρκώδης ουρά μιας φάλαινας δολοφόνου», προσθέτει.
Πριν γίνει εφικτό να χρησιμοποιηθούν τα ευρήματα στην αεροναυπηγική, πρέπει να γίνουν περισσότερο γνωστά τα οφέλη του στενού εύρους κάμψης στις κινήσεις, λέει ο Costello. «Ίσως τότε τα πλεονεκτήματα που έχουν βρει τα ζώα απέναντι σε αυτά τα χαρακτηριστικά να μπορούν να μεταφραστούν σε ανθρώπινα σχέδια.»
Μετάφραση του άρθρου «Wing and fin motions share universal principles» που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature στις 18 Φεβρουαρίου 2014. gravitonio