Исследователи из INM (Институт новых материалов им. Лейбница) и Калифорнийского университета в Сан-Диего исследовали кости крыльев и летные перья летающих птиц, чтобы выяснить, существуют ли общие связи, несмотря на различные типы полета. Они обнаружили, что длина плечевой кости (плечевой кости) характерно изменялась в зависимости от массы тела птицы, чтобы оптимизировать плавучесть. Напротив, расстояния между клеевыми соединительными крючками перьев одинаковы для всех видов птиц, чтобы оптимально контролировать поток воздуха. Эти результаты могут быть использованы для повышения эффективности самолетов. Результаты были недавно опубликованы в научном журнале Science Advances.
Пружинная структура для идеального воздушного потока
Хотя перья кондора и колибри не могут быть более разными, исследователи обнаружили одну общую черту: расстояние между наименьшими пружинными единицами, пружинными крючками, примерно одинаково во всех исследованных перьях и составляет около двенадцати микрометров.
СОВЕТ ПО СЕМИНАРУ Семинар "Строительная бионика" дает обзор возможностей бионики в разработке новых продуктов. Участники идут на бионический поиск решений и изучают принципы оптимизации бионической формы.
Следующая информация
Эдуард Арцт, научный директор INM, говорит: «Мы подозреваем, что это расстояние зарекомендовало себя в процессе эволюции для идеального воздушного потока во время полета. Он пропускает мало воздуха, что увеличивает плавучесть для птиц, и в то же время скрепляет перья вместе. Модель даже показывает, как положение струй из перьев изменяется во время подъема и спуска ». Это ново, потому что до сих пор ученые исследовали только расстояние между ветвями перьев и обнаружили, что это играет роль в эффективном отталкивании воды.
Костная структура для оптимальной плавучести
Исследователи также изучили влияние самой важной кости во время полета - плечевой кости. Он соединяет крыло с телом птицы и должен выдерживать высокие силы плавучести, чтобы поднять птицу в воздух. Следует предположить, что простая связь между длиной кости и массой тела соответствует этому требованию. Такая простая, так называемая изометрическая взаимосвязь недоступна.
Марк Мейерс из Калифорнийского университета объясняет: «Хотя эти два размера связаны, они не находятся в простых отношениях. Скорее, длина кости и масса тела являются аллометрическими по отношению друг к другу, то есть не являются самоподобными, поскольку прочность кости ограничена. Например, у людей мозг растет аллометрически: у детей он растет гораздо быстрее, чем остальная часть тела, в отличие от человеческого сердца, размеры которого пропорциональны остальной части тела. Нам удалось установить такую аллометрическую связь между длиной плечевой кости птицы и ее весом: длина плечевой кости увеличивается в зависимости от массы тела ».
Совет: встреча пользователей облегченной конструкции. Встреча пользователей легкой конструкции дает ответы на все важные вопросы об облегченной конструкции. На увлекательных лекциях и практических форумах участники узнают самые важные вещи о концепции, структуре, материале и производстве легких конструкций.
Дополнительная информация: встреча пользователей для облегченной конструкции
Находки для строительства нового самолета
Ученым также удалось установить связь между типом полета, воздушной скоростью, размером крыла и размером плечевой кости. «Чем тяжелее птица, тем больше ей требуется плавучести и увеличивается нагрузка на крыло. С эволюционной точки зрения, он достигает необходимой плавучести, либо летая быстрее, либо большими крыльями, либо обоими одновременно. В то же время крыло должно выдерживать поверхностную нагрузку - именно здесь плечевая кость снова входит в игру. Допустим, две птицы имеют одинаковый вес, но крылья разных размеров. По статическим причинам более высокая нагрузка на крыло меньшего крыла требует, чтобы плечевая кость составляла большую часть крыла; это именно то, что мы нашли », - объясняет физик Эдуард Арцт. Исследователи надеются, что полученные результаты приведут к появлению новых концепций для конструирования инновационных самолетов.