Ogni alba a Las Cruces, Costa Rica, La squadra sul campo di River Ingersoll si è inoltrata nella giungla per dare gli ultimi ritocchi a reti quasi invisibili. Uno studente laureato nel laboratorio di David Lentink, assistente professore di ingegneria meccanica alla Stanford University, Ingersoll aveva bisogno di queste reti delicate per catturare, studia e rilascia gli abbondanti colibrì e pipistrelli della regione, gli unici due vertebrati con la capacità di librarsi sul posto.

"Siamo davvero interessati a come si è evoluto il volo in bilico, " disse Ingersoll. "I pipistrelli del nettare bevono dai fiori come fanno i colibrì, quindi vogliamo vedere se ci sono somiglianze o differenze tra questi due diversi taxa".

Le reti di Ingersoll funzionavano, e ha finito per esaminare oltre 100 singoli colibrì e pipistrelli, coprendo 17 specie di colibrì e tre pipistrelli, durante il suo studio sul campo, i cui risultati il ​​gruppo ha pubblicato in Progressi scientifici .

Attraverso una combinazione di riprese di telecamere ad alta velocità e misurazioni della forza aerodinamica, lui e i suoi colleghi ricercatori hanno scoperto che colibrì e pipistrelli si librano in modi molto diversi. Eppure hanno anche scoperto che l'hovering dei pipistrelli del nettare condivide alcune somiglianze con l'hovering dei colibrì, che i pipistrelli della frutta non condividono. Ciò suggerisce che hanno evoluto un metodo diverso per librarsi rispetto ad altri pipistrelli per bere il nettare.

Oltre a saperne di più su pipistrelli e colibrì, Lentink e altri possono applicare ciò che hanno imparato a problemi di ingegneria, come la progettazione di robot volanti. Gli ingegneri hanno già creato robot ispirati a colibrì e pipistrelli, ma non sapevano quale delle controparti naturali di questi robot si librasse in modo più efficace.

Guardando ogni piuma

È semplice immaginare come un animale volante si sostenga svolazzando verso il basso, ma per evitare eccessivi dondolamenti su e giù, gli animali in bilico devono mantenere questo supporto mentre svolazzano anche verso l'alto. Colibrì e pipistrelli compiono questa impresa ruotando le ali all'indietro durante la corsa verso l'alto, spingendo continuamente l'aria verso il basso per mantenerli costantemente in alto.

"Se guardi tra i vertebrati, ce ne sono due che possono librarsi in modo sostenuto, " disse Lentink. "Quelli sono colibrì e pipistrelli del nettare. E troverai entrambi nei neotropici, come il Costarica».

Per studiare queste materie, Ingersoll ha collaborato con un progetto di banding di uccelli di lunga data gestito dagli ecologisti di Stanford a Las Cruces. Prendendo in prestito uccelli e pipistrelli dal loro progetto, mise ogni animale in una camera di volo dotata di sensori di forza aerodinamica nella parte superiore e inferiore della camera, attrezzatura sviluppata dal laboratorio di Lentink per misurare variazioni estremamente piccole della forza verticale a 10, 000 volte al secondo. Queste piastre sono così sensibili da catturare le forze verticali prodotte da ogni torsione e battito di colibrì che pesavano appena 2,4 grammi.

Sincronizzando queste misurazioni di forza con più telecamere ad alta velocità che registrano a 2, 000 fotogrammi al secondo, i ricercatori hanno potuto isolare qualsiasi momento dei voli dei loro soggetti per vedere come l'ascensore che stavano generando fosse correlato alla forma delle loro ali.

"Mi sedevo e aspettavo che il colibrì si nutrisse del fiore. Una volta che si stava nutrendo, Accenderei le telecamere e le misurazioni della forza e otterremmo quattro secondi di filmato del colibrì che svolazza contro il fiore, " disse Ingersoll.

Dopo il loro breve periodo nella camera di volo, Ingersoll ha riportato gli uccelli ei pipistrelli dove erano stati catturati e li ha rilasciati. L'intero processo è durato da una a tre ore.

Diversi modi per librarsi

I ricercatori hanno scoperto che i pipistrelli e i colibrì hanno tutti esercitato una quantità simile di energia rispetto al loro peso durante questi voli, ma che i colibrì, pipistrelli della frutta e pipistrelli del nettare si libravano tutti in modi molto diversi. I colibrì si libravano in modo aerodinamicamente più efficiente dei pipistrelli:i colibrì generavano più portanza rispetto alla resistenza. Nel confrontare le forme delle ali, i ricercatori hanno scoperto che questa efficienza è probabilmente dovuta al fatto che i colibrì invertono le ali più facilmente. Sebbene i pipistrelli faticassero a girare le ali, hanno esercitato una quantità di energia paragonabile perché hanno ali più grandi e colpi più grandi.

I ricercatori sono rimasti sorpresi nello scoprire che i pipistrelli del nettare, che si avvicinano ai fiori come colibrì, generava più forza verso l'alto quando le ali si sollevavano rispetto ai pipistrelli della frutta. Guardando la loro forma delle ali, i ricercatori hanno scoperto che i pipistrelli del nettare possono torcere le ali molto più dei pipistrelli della frutta durante la salita. Quindi la forma in bilico dei pipistrelli del nettare è come una miscela di librazione di pipistrelli della frutta e colibrì.

I ricercatori hanno in programma di basarsi su questi risultati come parte del loro lavoro su robot e droni svolazzanti, ma Lentink vede anche il potenziale per ulteriori lavori oltre il laboratorio.

"Quando Rivers ha proposto di fare questo studio in Costa Rica, uno studio sul campo era qualcosa che non avevo mai sperato. Ora, mi ha davvero ispirato, " disse Lentink. "Sono circa 10, 000 specie di uccelli e la maggior parte di esse non è mai stata studiata. Sembra uno studio troppo grande da intraprendere, ma è quello che sogno".