Los colibríes son las únicas aves que pueden volar de lado y hacia atrás, gracias a una característica evolutiva de su estructura musculoesquelética. (Shutterstock)
¿Es la evolución el mejor inventor? Con cientos de millones de años de trabajo y el mundo natural como lienzo, parece que sí.
Desde los camellos del desierto que retienen el agua hasta los albatros del mar que vuelan por mucho tiempo, la evolución ha dado forma a las habilidades de los animales para ayudarlos mejor a sobrevivir y prosperar.
Mi investigación de posgrado explora algunos de los inventos más impresionantes de la evolución, muchos de los cuales se pueden encontrar en las aves. Específicamente, estudio los comportamientos de vuelo de las aves y cómo las relaciones entre la masa corporal, el tamaño de las alas, la relación de especies y otros rasgos biológicos han evolucionado para generar el vuelo extravagante que vemos en muchas especies.
Estos inventos son tan extraordinarios que los estudiamos para aplicar su diseño en la tecnología cotidiana.
Tomemos, por ejemplo, el vuelo rápido y preciso de un colibrí que nos ha ayudado a desarrollar dispositivos voladores que también son capaces de maniobras intrincadas. O el vuelo sigiloso de un búho, que ha informado el diseño de turbinas eólicas silenciosas y eficientes. En ambos casos, la biomimética se inspira en los inventos naturales para diseñar y mejorar nuestras tecnologías actuales.
Maniobras precisas
Los colibríes son algunas de las aves más pequeñas del mundo. Poseen torsos pequeños y livianos con alas relativamente grandes que les permiten volar notablemente rápido con una precisión increíble. Pero muchos tipos de aves tienen alas grandes, entonces, ¿qué diferencia a los colibríes cuando se trata de su sorprendente maniobrabilidad?
El secreto reside en sus músculos y huesos.
Colibríes requieren grandes músculos de las alas para batir continuamente sus alas rápidamente durante el vuelo, conocida como una frecuencia de batido de ala alta. La frecuencia de batido de ala alta permite a los colibríes realizar su vuelo flotante único, especialmente durante sus visitas de verano a sus flores y comederos de jardín.
Video en cámara lenta de colibríes en vuelo.
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Colibríes necesitan grandes cantidades de energía para volar continuamente y recoger comida. Además, la adaptación de un hueso torácico largo es la superficie perfecta necesaria para los músculos del ala: cuanto más grande es la superficie del hueso torácico, más músculo se puede conectar.
Para flotar, los colibríes agitan sus alas en forma de figura ocho. Este estilo de batir de ala es posible gracias a "movimientos de muñeca" continuos de su hueso acortado - una característica única que no se encuentra en ninguna otra especie de ave. Al trabajar juntos, los músculos y huesos de los colibríes permiten volar y volar hacia los lados y hacia atrás en velocidades que superan los 50 km / h.
Cuando los científicos observaron cómo los músculos y los huesos de los colibríes se unen para generar un vuelo rápido y preciso en estas pequeñas aves, se interesaron en si estos mismos mecanismos podrían ser diseñados.
Un ejemplo de esta inspiración es Nano Hummingbird de AeroVironment, desarrollado como prototipo para la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU.. El Nano Hummingbird es un dispositivo de dron que imita el vuelo de los colibríes para obtener una ventaja ágil y maniobrable.
Estos drones pueden acceder a ubicaciones inalcanzables y recopilar información a través de una cámara de video conectada. Con más investigación sobre la precisión del vuelo del colibrí y sus implicaciones cotidianas, tener drones que puedan examinar efectivamente territorios naturales inexplorados podría ocurrir antes de lo que se creía anteriormente. Estos avances de drones se pueden aplicar al monitoreo del clima, envío de paquetes e incluso cinematografía.
Vuelo silencioso
Como depredadores nocturnos, los búhos confían en sus tácticas de caza silenciosa para capturar presas con éxito. Despegar en vuelo requiere una gran cantidad de fuerza de elevación para despegar del suelo, y se necesita más energía para permanecer en el aire. Sin embargo, generar esta fuerza de elevación requiere que los búhos agiten sus grandes alas. Podrías pensar que batir alas tan grandes haría mucho ruido, frustrando el propósito de ser sigiloso. Pero lo hace?
Durante el vuelo, el movimiento de las alas de un pájaro crea turbulencia en el aire, lo que produce ese sonido de aleteo familiar. Sin embargo, los búhos han desarrollado mecanismos increíbles que reducen el ruido durante el vuelo. El secreto reside en sus estructuras de plumas.
Un experimento de BBC Earth que examina por qué los búhos vuelan tan silenciosamente.
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Las alas de búho tienen plumas con bordes afilados, llamadas estrías, a lo largo de sus frentes, que están en contacto con el aire durante el vuelo. Estas las estrías rompen la turbulencia del aire que normalmente causa ruido del viento, reduciendo el ruido generado durante el vuelo. A medida que el aire fluye hacia la parte posterior del ala, las estructuras con forma de flecos, similares a la tendencia de la moda, al final de las plumas reducen aún más el ruido al dispersar rápida y efectivamente cualquier turbulencia. Junto con el vuelo de deslizamiento, estas dos estructuras de plumas contribuyen en gran medida a la caza silenciosa de un búho.
Tomando una página de las adaptaciones de vuelo silencioso en los búhos, los investigadores están tratando de usar estructuras similares que alteran la turbulencia para reducir el ruido producido por turbinas eólicas y ventiladores y mejorar su eficiencia.
La aplicación de las adaptaciones de plumas silenciosas del búho a la tecnología moderna de turbinas promete una conversión más eficiente de la energía eólica, y destaca cuán efectivo puede ser integrar nuestros mundos naturales y tecnológicos.
Raspando la superficie
Las adaptaciones del vuelo del colibrí y el búho solo arañan la superficie de los inventos de la naturaleza. Se pueden encontrar formas adicionales de biomimética en las tecnologías de prevención de conmociones cerebrales inspiradas en pájaros carpinteros, diseños de trenes formados desde los picos de los martines pescadores y la tecnología láser influenciada por la arquitectura de coloridas plumas de ave.
Es claro ver cómo la naturaleza ha inspirado avances en tecnología y la importancia de continuar la exploración de estos maravillosos sistemas naturales en la Tierra.
Sobre el Autor
Ilias Berberi, estudiante de doctorado, biología, Universidad de Carleton
Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.
