Christina Harvey con modelli in galleria del vento di ali di gabbiano nel laboratorio dell'Università del Michigan. Credito:Christina Harvey/UC Davis
Le persone sono state affascinate dal volo degli uccelli per secoli, ma esattamente come gli uccelli possano essere così agili nell'aria rimane misterioso. Un nuovo studio, pubblicato il 5 settembre in Proceedings of the National Academy of Sciences , utilizza la modellazione e l'aerodinamica per descrivere come i gabbiani possono cambiare la forma delle loro ali per controllare la loro risposta a raffiche o altri disturbi. Le lezioni potrebbero un giorno applicarsi a veicoli aerei senza equipaggio o altre macchine volanti.
"Gli uccelli eseguono facilmente manovre impegnative e sono adattabili, quindi cosa esattamente del loro volo è più utile da implementare nei futuri aerei?" ha affermato Christina Harvey, assistente professore presso il Dipartimento di ingegneria meccanica e aerospaziale dell'Università della California, Davis e autrice principale dell'articolo.
Harvey ha iniziato a studiare i gabbiani come studentessa del master in zoologia presso l'Università della British Columbia, dopo aver conseguito la laurea in ingegneria meccanica.
"I gabbiani sono molto comuni e facili da trovare, e sono alianti davvero impressionanti", ha detto.
Harvey ha continuato il suo lavoro sui gabbiani come studente di dottorato presso l'Università del Michigan. Di recente è entrata a far parte della facoltà dell'UC Davis dopo aver completato il suo dottorato di ricerca in ingegneria aerospaziale.
Nel marzo di quest'anno, Harvey e colleghi dell'Università del Michigan hanno pubblicato un articolo su Nature analizzare le dinamiche di volo di 22 specie di uccelli. Mentre studi precedenti tendevano a concentrarsi sull'aerodinamica, come l'aria si muove attorno a un uccello, Harvey ha sviluppato equazioni per descrivere le proprietà inerziali degli uccelli, come il centro di gravità e il punto neutro, dove le forze aerodinamiche possono essere modellate in modo coerente come forze puntiformi.
Gli aerei sono in genere progettati per essere stabili o instabili. Un aeromobile stabile tenderà a tornare al volo stabile quando è perturbato (ad esempio, viene spinto verso l'alto da una raffica di vento). Questo è desiderabile, ad esempio, in un aereo di linea, ma non per un jet da combattimento. Gli aerei altamente manovrabili sono progettati per essere instabili.
Nella loro Natura articolo, Harvey e colleghi hanno dimostrato che quasi tutte le specie di uccelli studiate sono in grado di volare sia stabile che instabile e utilizzano i movimenti delle ali per spostarsi tra queste modalità.
Tre modelli in galleria del vento di ali di gabbiano. Combinando gli studi aerodinamici con la modellazione delle forze inerziali, l'ingegnere aerospaziale Christina Harvey sta ottenendo nuove informazioni su come gli uccelli controllano il loro volo. Credito:Christina Harvey/UC Davis
Volo controllabile
Il nuovo studio si basa su questo lavoro, riunendo studi aerodinamici utilizzando modelli stampati in 3D di gabbiani e ali di gabbiano in una galleria del vento, con la modellazione al computer delle forze inerziali per capire come i gabbiani raggiungono la stabilità lungo il loro asse lungo (in caduta o in aumento).
I gabbiani possono regolare il modo in cui rispondono alle perturbazioni in quell'asse regolando le articolazioni del polso e del gomito e modificando la forma delle ali, hanno scoperto. Il team è stato in grado di prevedere le qualità di volo dei gabbiani e la rapidità con cui possono riprendersi da una perturbazione come una raffica. Quel tempo di reazione fornisce anche informazioni sulla "portata controllabile" per l'uccello e sull'applicazione delle dinamiche di volo degli uccelli agli aerei.
"The flight qualities analysis asks:if you built an aircraft exactly like a gull, would a human be able to fly it?" Harvey said.
As uncrewed aerial vehicles, or drones, become more widely used, they need to be able to navigate complex urban environments, something birds do very well. A deeper understanding of bird flight could help improve drone designs for various uses.
Harvey will be opening her lab at UC Davis this fall. She hopes to collaborate with other campus researchers, including the California Raptor Center and researchers working on insect flight at the College of Biological Sciences.
"There are so many open questions about bird flight," she said, "I'm looking forward to seeing what else is out there to discover." + Esplora ulteriormente
