Il futuro design aereo potrebbe essere dovuto a cinque pappagalli che svolazzano in una camera di volo strumentata presso la Stanford University. Hanno rivelato che, contrariamente alla comprensione convenzionale di come volano animali e aerei, gli uccelli possono utilizzare la resistenza per sostenere il loro peso corporeo durante il decollo e impiegare la portanza come freno nei loro atterraggi.

"Le cose che impari in classe non sono sempre vere, " ha detto David Lentink, professore assistente di ingegneria meccanica. Nuove scoperte possono alterare la comprensione di concetti familiari. In questo caso, Egli ha detto, "Dobbiamo rivedere la nostra idea della funzione della resistenza."

La saggezza convenzionale ci dice che la resistenza è una forza che rallenta un oggetto e il sollevamento è una forza che contrasta la gravità, sollevare un uccello o un aeroplano in volo. Ma le misurazioni prese dalla studentessa Diana Chin, pubblicato il 25 novembre in Comunicazioni sulla natura , mostrano che gli uccelli in realtà attingono alla resistenza per sostenere fino a metà del loro peso corporeo durante il decollo, e quell'ascensore li aiuta a frenare durante l'atterraggio.

Misurare le forze di volo

Per misurare istantaneamente le forze orizzontali e verticali, Chin ha costruito una configurazione con pannelli di sensori sul pavimento, soffitto, davanti e dietro le traiettorie di volo degli uccelli. Ogni pannello conteneva tre sensori, così come i due posatoi per il decollo e l'atterraggio degli uccelli, sommando un totale di 18 sensori per misurare le minuscole forze generate da un uccello di 30 grammi.

Le finestre integrate nei pannelli permettevano a Chin di filmare i movimenti delle ali con cinque telecamere ad alta velocità che riprendevano a 1, 000 fotogrammi al secondo. Combinando il movimento misurato dalle immagini e le misurazioni della forza dai sensori, Chin e Lentink potrebbero per la prima volta determinare l'entità della portanza e della resistenza al decollo e all'atterraggio.

"Qualcosa del genere non è mai esistito prima, " ha detto Lentink. "La tecnologia di misurazione stessa è un risultato ingegneristico." Come tale, Chin ha impiegato diverse iterazioni per progettare e fabbricare con successo la struttura. La sfida successiva è stata ottenere i pappagalli del laboratorio:Gaga, Gary, Oreo, Aurora e Boy, per volare volontariamente al suo interno.

Per gli uccelli

Fortunatamente per il mento, i pappagalli sono uccelli molto addestrabili e voleranno felicemente gli 80 centimetri da trespolo a trespolo per un seme di miglio. Da questi voli, Lentink e il suo team hanno scoperto che inclinando le ali inclinate durante il decollo, gli uccelli possono orientare la loro portanza in avanti per l'accelerazione e la loro resistenza verso l'alto per sostenere fino alla metà del loro peso corporeo.

"Il decollo è la cosa più importante, ma speri anche tu in un atterraggio sicuro, " Ha detto Lentink. La riproposizione della resistenza durante il decollo massimizza effettivamente le forze generate dagli uccelli, mentre il riorientamento dell'ascensore può aiutarli a rallentare senza i costi energetici della frenata prima di effettuare la collisione controllata che chiamano atterraggio.

"Molti altri animali che svolazzano probabilmente fanno un uso simile del sollevamento e della resistenza durante il decollo e l'atterraggio, " disse Chin. Uccelli giovanili, gli uccelli marini che nuotano anche sott'acqua e le specie di uccelli più primitivi che hanno difficoltà a generare la forza aerodinamica necessaria con le ali troverebbero questa tattica particolarmente utile.

Antichi antenati degli uccelli, chiamati protouccelli, aveva anche ali che generavano principalmente resistenza. Con la consapevolezza che la resistenza potrebbe effettivamente aiutare a sostenere il peso corporeo durante il decollo, Chin e Lentink riconoscono entrambi che potrebbero esserci alcune specie che sono state precedentemente classificate come incapaci di volare e che potrebbero aver usato la resistenza per disperdersi nell'aria.

Dopo 150 milioni di anni di evoluzione degli uccelli, "se gli uccelli moderni ne fanno ancora uso, che ti dice molto, " disse Lentink. "Ciò non significa che sia efficiente, ma è efficace".

Rivedere i libri di testo

Dovremmo ricostruire tutte le tecnologie aerotrasportate per riflettere questa scoperta? Non proprio. Mentre Lentink lascerebbe da solo il design di un Boeing 747, suggerisce di rivisitare sia il modo in cui vengono insegnate l'evoluzione del volo degli uccelli che l'aerodinamica.

"Penso che molti disegni nei libri di testo di volo possano essere fuorvianti, soprattutto quando si tratta di volo animale, " disse Chin. Il trascinamento avrebbe potuto svolgere un ruolo significativo nell'evoluzione del volo animale. Per i precursori degli uccelli, l'uso della resistenza per sostenere il peso del corpo avrebbe potuto aiutarli ad aumentare le loro capacità fino a quando le loro ali non fossero state in grado.

"Nessuna letteratura aerospaziale ha inventato l'uso della resistenza per sostenere il peso, " disse Lentink mentre tirava fuori dagli scaffali i libri di biologia e aerodinamica, indicando diagrammi di uccelli in volo con le loro forze associate assorbite. "Quel disegno standard deve essere rivisto".

Anche se gli aeroplani convenzionali non cambieranno drasticamente, Lentink vede potenziali applicazioni nella progettazione di robot aerei. Proprio come con gli uccelli, utilizzare la resistenza per volare potrebbe non essere il metodo più efficiente, ma potrebbe aiutarli a decollare.