A kutatók új felismeréseket (és néhány tollat) gyűjtöttek a szirti galamboktól, amelyek tovább segítik feltárni a madárrepülés rejtelmeit.

Az emberek évszázadok óta törekedtek madárszerű repülő szerkezetek építésére. A modern anyagokkal a mérnökök hosszú utat tettek meg, mióta Leonardo Da Vinci megrajzolt egy vitorlázórepülőt csapkodó szárnyakkal. És még most is, még a manapság legfejlettebb drónok is kudarcot vallhatnak a turbulens levegőben és viharos szélben navigálva. A legtöbb madár ellenben, könnyedén száll a viharos égen, megszégyenítve a csúcstechnológiás repülő berendezéseket.

„Jelenleg nagyon keveset tudunk arról, hogyan repülnek a madarak,” mondja a Stanford Egyetem gépészmérnöke, David Lentink. Ennek okán Lentink és munkatársai nemrégiben korábban ismeretlen összefüggéseket fedeztek fel a madárrepülés mechanikájában, amik lehetővé teszik számukra, hogy megépítsék az eddigi legmadárszerűbb robotot, amit a hétköznapi, ám fantasztikusan mozgékony madárfaj, a szirti galamb inspirált – és odaadományozta néhány valódi tollát a projekthez. „Sokat tanulhatunk ezektől a gyakorlott repülőktől,” mondja a mérnök.

A csapat új távirányítású gépe – melynek találó neve PigeonBot – ügyesen képes manőverezni a szeles időjárás mellett is, gyorsan beállítva szárnyának alakját, minderről a tudósok egy tanulmányban számoltak be, a Science Robotics folyóiratban. 

A madarak repülés közben képesek drámaian megváltoztatni szárnyuk alakját: Gyorsan repülve szárnyaikat behúzzák, vagy sikláskor széttárják, miközben éles fordulatokat is végrehajtanak. „Ez lehetővé teszi számukra, hogy hatékonyabban, hosszabban repüljenek, és jobban manőverezzenek,” mondja Lentink. Azonban a tudósok még mindig nem tudják eléggé, hogy a szárny, a csontváz és az izomzat hogyan segítette ezt a fluid szárny átalakítást. 

A madarak szárnyának, csakúgy mint az emberi karnak, felkarcsontja, orsócsontja, singcsontja van, és a kéz csontjainak is megvan a megfelelője.

Lentink és csapata újabb felfedezéseket tett egy egyetemi gyűjtemény halott galambjainak valódi szárnyainak meghajlítását és nyújtását filmezve.

A madarak szárnyának, csakúgy mint az emberi karnak, felkarcsontja, orsócsontja, singcsontja van, és a kéz csontjainak is megvan a megfelelője. Szintén rendelkeznek ujjszerű struktúrákkal minden szárnyhegy végén. A filmezéssel Lentink és csapata rájött, hogy a csukló és ujjízületek egymástól függetlenül mozognak, hogy a repülésnél használt tollakat szintbe állítsák. Ahelyett, hogy önálló izmokat használnának a tollak beállításánál, a madarak képesek meghatározni szárnyuk alakját, az irányt és a sebességet a csukló enyhe hajlításával, vagy az ujjízület csavarásával. Ezen túl, a tollak tövében található rugalmas szalag megkönnyíti az elsődleges és a másodlagos tollak kecses elrendezését hajlítás és kinyújtás során. 

Ezt az információt használva a csapat Lentink laborjában (Bio-Inspired Research and Design – BIRD) megépített egy egyszerű, légcsavar-hajtású robotot habkartonból, gumiszalagokból és valódi galamb tollakból. Míg az ujjait és csuklóit távirányítással mozgatták, a tollak automatikusan mozogtak a kívánt arányok szerint, és leutánozták a galamboknál látott szárnyformákat.

A kutatók azt is megfigyelték, hogy még turbulencia közepette is, a kinyújtott szárnytollak párhuzamos funkciója az volt, hogy elkerüljék azokat a réseket, amelyek repülés közben akadályozhatják a madár egyensúlyát. A szomszédos, egymást átfedő tollak elektron- és röntgenmikroszkóp-képein akasztó és csap percek láthatók, amelyek segítenek ezeknek a tollaknak az összetapadásban – jelenti Lentink csapata egy parallel tanulmányban, amit a Science-ben publikáltak 2020 januárjában. Mint egy irány-tépőzár, „hatalmas erővel zárnak össze” mikor széttárulnak, mondja a mérnök, „ám mikor a szárnyak összecsukódnak, ez a rögzítés automatikusan feloldódik.”

A különféle madárszárny-részek működésének pontos meghatározása közismerten nehéznek bizonyult, mondja Tobin Hieronymus, egy anatómus tudós az Északkelet-Ohio Orvostudományi Egyetemről, akit nem vontak be a kutatásba. A szárny jellemzőit, amelyeket Lentink és a csapata a tanulmányokban leírt, már régen azonosították, azonban Hieronymus szerint kihívás volt megmutatni, hogyan működnek együtt. „Úgy vélem, hogy a robotok használata egy igazán elegáns módja a funkció demonstrálásának.”

A PigeonBot gyönyörű sikló repülést mutat be, mint a névadó madár, de nem képes szárnyait csapkodni, mint a galamb, nem is beszélve egy kolibri villámgyors szárnyütésének végrehajtásáról. Mégis, Lentink és a csapat nagy lépést tett meg a madárrepülés varázsának megértése és leutánzása felé – olyan lépést, ami fejlesztéseket segíthet elő a drónok és egyéb repülő eszközök szárnyának tervezéséhez. Ideje, hogy legyen okunk szeretni a sokak által nem kedvelt galambot.