นกฮัมมิ่งเบิร์ดเป็นนกเพียงชนิดเดียวที่สามารถบินไปด้านข้างและข้างหลังได้ ต้องขอบคุณลักษณะวิวัฒนาการของโครงสร้างกล้ามเนื้อและกระดูกของพวกมัน (Shutterstock)

วิวัฒนาการเป็นนักประดิษฐ์ที่ดีที่สุดหรือไม่? ด้วยการทำงานหลายร้อยล้านปีและโลกธรรมชาติเป็นผืนผ้าใบ ดูเหมือนว่าจะเป็นเช่นนั้น

ตั้งแต่อูฐที่กักเก็บน้ำในทะเลทรายไปจนถึงนกอัลบาทรอสที่บินได้ไกลแห่งท้องทะเล วิวัฒนาการได้หล่อหลอมความสามารถของสัตว์เพื่อช่วยให้พวกมันอยู่รอดและเติบโตได้ดีที่สุด

งานวิจัยระดับบัณฑิตศึกษาของฉันสำรวจสิ่งประดิษฐ์ที่น่าประทับใจที่สุดของวิวัฒนาการ ซึ่งส่วนใหญ่สามารถพบได้ในนก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ฉันศึกษาพฤติกรรมการบินของนก และความสัมพันธ์ระหว่างมวลกาย ขนาดปีก ความเกี่ยวข้องของสายพันธุ์ และลักษณะทางชีววิทยาอื่นๆ ได้พัฒนาขึ้นเพื่อสร้างการบินฟุ่มเฟือยที่เราเห็นในหลายสายพันธุ์

สิ่งประดิษฐ์เหล่านี้มีความพิเศษมากจนเราศึกษาเพื่อนำการออกแบบไปใช้ในเทคโนโลยีในชีวิตประจำวัน

ยกตัวอย่างเช่น การบินที่รวดเร็วและแม่นยำของนกฮัมมิงเบิร์ดที่ช่วยให้เราพัฒนาอุปกรณ์การบินที่มีความสามารถในการเคลื่อนที่ที่ซับซ้อนเช่นกัน หรือการบินล่องหนของนกเค้าแมว ซึ่งบอกถึงการออกแบบกังหันลมที่เงียบและมีประสิทธิภาพ ในทั้งสองกรณี biomimicry ดึงแรงบันดาลใจจากการประดิษฐ์ตามธรรมชาติมาสู่การออกแบบและปรับปรุงเทคโนโลยีปัจจุบันของเรา

การซ้อมรบที่แม่นยำ

นกฮัมมิ่งเบิร์ดเป็นนกที่ตัวเล็กที่สุดในโลก พวกมันมีลำตัวที่เล็กและน้ำหนักเบาและมีปีกที่ค่อนข้างใหญ่ ทำให้พวกมันบินได้เร็วอย่างน่าทึ่งด้วยความแม่นยำที่เหลือเชื่อ แต่นกหลายชนิดมีปีกขนาดใหญ่ แล้วอะไรที่ทำให้นกฮัมมิงเบิร์ดแตกต่างไปจากความคล่องแคล่วอันน่าทึ่งของพวกมัน?

ความลับอยู่ภายในกล้ามเนื้อและกระดูกของพวกเขา

ฮัมมิ่งเบิร์ ต้องการกล้ามเนื้อปีกขนาดใหญ่เพื่อกระพือปีกอย่างต่อเนื่องอย่างรวดเร็วระหว่างเที่ยวบินเรียกว่าความถี่ตีปีกสูง ความถี่การตีปีกสูงช่วยให้นกฮัมมิงเบิร์ดบินโฉบเฉพาะตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงฤดูร้อนที่พวกมันมาเยี่ยมดอกไม้และให้อาหารในสวนหลังบ้านของคุณ

วิดีโอสโลว์โมชั่นของนกฮัมมิงเบิร์ดในเที่ยวบิน

{ฝัง Y=gJ_T_Y1rxHw}

ต้องการนกฮัมมิงเบิร์ด พลังงานจำนวนมากในการบินอย่างต่อเนื่อง และรวบรวมอาหาร นอกจากนี้ การปรับตัวของกระดูกหน้าอกยาวเป็นพื้นผิวที่สมบูรณ์แบบซึ่งจำเป็นสำหรับกล้ามเนื้อปีก: ยิ่งพื้นผิวของกระดูกหน้าอกใหญ่เท่าใด กล้ามเนื้อก็จะยิ่งเชื่อมต่อกันมากขึ้นเท่านั้น

เพื่อที่จะโฉบ นกฮัมมิ่งเบิร์ดกระพือปีกเป็นรูปแปด วิงบีทสไตล์นี้เกิดขึ้นได้โดย “สะบัดข้อมือ” อย่างต่อเนื่องจากกระดูกแขนที่สั้นลง - เป็นลักษณะเฉพาะที่ไม่พบในนกชนิดอื่น โดยการทำงานร่วมกัน กล้ามเนื้อและกระดูกของนกฮัมมิงเบิร์ดช่วยให้บินโฉบไปมาและบินไปข้างหลังที่ ความเร็วสูงสุด 50 กม./ชม..

เมื่อนักวิทยาศาสตร์พิจารณาว่ากล้ามเนื้อและกระดูกของนกฮัมมิงเบิร์ดมารวมกันเพื่อสร้างการบินที่รวดเร็วและแม่นยำในนกตัวเล็ก ๆ เหล่านี้ พวกเขาเริ่มสนใจว่ากลไกเดียวกันนี้สามารถสร้างขึ้นได้หรือไม่

ตัวอย่างของแรงบันดาลใจนี้คือ Nano Hummingbird ของ AeroVironment พัฒนาขึ้นเพื่อเป็นต้นแบบสำหรับสำนักงานโครงการวิจัยขั้นสูงด้านกลาโหมของสหรัฐฯ. Nano Hummingbird เป็นอุปกรณ์โดรนที่เลียนแบบการบินของนกฮัมมิงเบิร์ดเพื่อให้ได้ขอบที่คล่องตัวและคล่องตัว

โดรนเหล่านี้สามารถเข้าถึงสถานที่ที่เข้าถึงไม่ได้และรวบรวมข้อมูลผ่านกล้องวิดีโอที่แนบมา ด้วยการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับความแม่นยำในการบินของนกฮัมมิงเบิร์ดและผลกระทบในชีวิตประจำวัน การมีโดรนที่สามารถตรวจสอบดินแดนที่ไม่คุ้นเคยตามธรรมชาติได้อย่างมีประสิทธิภาพอาจเกิดขึ้นเร็วกว่าที่เคยเชื่อ ความก้าวหน้าของโดรนเหล่านี้สามารถนำไปใช้กับการเฝ้าติดตามสภาพอากาศ การขนส่งพัสดุ และแม้แต่การถ่ายภาพยนตร์

เที่ยวบินเงียบ

ในฐานะนักล่าในเวลากลางคืน นกฮูกอาศัยกลยุทธ์การล่าสัตว์แบบเงียบ ๆ เพื่อจับเหยื่อได้สำเร็จ ในการขึ้นบินต้องใช้แรงยกจำนวนมากเพื่อออกจากพื้น และจำเป็นต้องใช้พลังงานมากขึ้นเพื่อให้อยู่ในอากาศ อย่างไรก็ตาม การสร้างแรงยกนี้ต้องใช้นกฮูกเพื่อกระพือปีกขนาดใหญ่ คุณอาจคิดว่าการกระพือปีกขนาดใหญ่เช่นนั้นจะทำให้เกิดเสียงดังมาก ซึ่งทำลายจุดประสงค์ของการซ่อนเร้น แต่มัน?

ในระหว่างการบิน การเคลื่อนไหวของปีกนกทำให้เกิดความปั่นป่วนในอากาศ ซึ่งทำให้เสียงกระพือปีกที่คุ้นเคย อย่างไรก็ตาม นกฮูกได้พัฒนากลไกที่น่าทึ่งซึ่งช่วยลดเสียงรบกวนระหว่างการบิน ความลับอยู่ภายในโครงสร้างขนนก

การทดลองของ BBC Earth เพื่อตรวจสอบว่าทำไมนกเค้าแมวจึงบินอย่างเงียบเชียบ

{ เวมเบด Y=d_FEaFgJyfA}

ปีกของนกฮูกมีขนที่มีขอบแหลมคม เรียกว่า ฟันปลา ตามด้านหน้า ซึ่งสัมผัสกับอากาศระหว่างการบิน เหล่านี้ ฟันเลื่อยทำลายความปั่นป่วนของอากาศที่ปกติทำให้เกิดเสียงลม, ลดเสียงรบกวนที่เกิดขึ้นระหว่างเที่ยวบิน. ในขณะที่อากาศไหลไปทางด้านหลังของปีก โครงสร้างที่มีลักษณะเป็นฝอย—คล้ายกับเทรนด์แฟชั่น—ที่ปลายขนนกจะลดเสียงรบกวนลงอีกโดยกระจายความปั่นป่วนใดๆ อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ โครงสร้างขนนกทั้งสองนี้ประกอบกับการบินร่อนช่วยอย่างยิ่งต่อการล่าของนกฮูกอย่างเงียบ ๆ

นักวิจัยพยายามใช้โครงสร้างที่รบกวนความปั่นป่วนที่คล้ายคลึงกัน ลดเสียงรบกวนที่เกิดจากกังหันลมและพัดลมและปรับปรุงประสิทธิภาพ.

การใช้การปรับขนนกแบบเงียบของนกฮูกกับเทคโนโลยีกังหันสมัยใหม่ช่วยให้การแปลงพลังงานลมมีประสิทธิภาพมากขึ้น และเน้นว่าการรวมโลกธรรมชาติและเทคโนโลยีของเรามีประสิทธิภาพเพียงใด

เกาผิว

การดัดแปลงของนกฮัมมิงเบิร์ดและนกฮูกเป็นเพียงการขีดข่วนพื้นผิวของสิ่งประดิษฐ์ของธรรมชาติ รูปแบบอื่นๆ ของชีวเลียนแบบสามารถพบได้ในเทคโนโลยีป้องกันการกระทบกระเทือนซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากนกหัวขวาน การออกแบบรถไฟที่มีรูปร่างจากปากนกกระเต็น และเทคโนโลยีเลเซอร์ที่ได้รับอิทธิพลจากสถาปัตยกรรมของขนนกหลากสีสัน

จะเห็นได้ชัดเจนว่าธรรมชาติเป็นแรงบันดาลใจให้เกิดความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีได้อย่างไร และความสำคัญของการสำรวจระบบธรรมชาติอันน่าอัศจรรย์เหล่านี้บนโลกอย่างต่อเนื่อง

เกี่ยวกับผู้เขียน

Ilias Berberi นักศึกษาปริญญาเอก ชีววิทยา มหาวิทยาลัย Carleton

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.