יונקי דבש הם הציפורים היחידות שיכולות לעוף הצידה ולאחור, הודות לתכונה אבולוציונית של מבנה השרירים והשלד שלהן. (Shutterstock)

האם האבולוציה היא הממציאה הטובה ביותר? עם מאות מיליוני שנות עבודה ועולם הטבע כקנבס, זה נראה כך.

מהגמלים השומרים על מים במדבר ועד לאלבטרוסים הארוכים של הים, האבולוציה עיצבה את יכולותיהם של בעלי החיים לעזור להם בצורה הטובה ביותר לשרוד ולשגשג.

המחקר שלי בוגר בוחן כמה מההמצאות המרשימות ביותר של האבולוציה, שרבות מהן ניתן למצוא בציפורים. באופן ספציפי, אני חוקר התנהגויות של מעוף ציפורים וכיצד התפתחו יחסים בין מסת הגוף, גודל הכנף, קשרי מינים ותכונות ביולוגיות אחרות כדי ליצור את המעוף האקסטרווגנטי שאנחנו רואים אצל מינים רבים.

המצאות אלה כל כך יוצאות דופן עד שאנו בוחנים אותן כדי ליישם את עיצובן בטכנולוגיה יומיומית.

קחו לדוגמא טיסה מהירה ומדויקת של יונק דבש שעזר לנו לפתח מכשירים מעופפים המסוגלים גם לתמרן מורכב. או הטיסה החמקנית של ינשוף, שהודיעה על עיצוב טורבינות רוח שקטות ויעילות. בשני המקרים הביו-מימיקה שואבת השראה מהמצאות טבעיות לתכנון ושיפור הטכנולוגיות הנוכחיות שלנו.

תמרונים מדויקים

יונקי דבש הם מהעופות הזעירים ביותר בעולם. יש להם פלג גוף עליון קטן וקל משקל עם כנפיים גדולות יחסית שמאפשרות להם לעוף מהר להפליא בדיוק מדהים. אבל לסוגים רבים של ציפורים יש כנפיים גדולות, אז מה מייחד את יונקי הדבש בכל הנוגע ליכולת התמרון המדהימה שלהם?

הסוד טמון בשרירים ובעצמות שלהם.

יונקי דבש דורשים שרירי כנפיים גדולים כדי להניף ללא הרף את כנפיהם במהירות במהלך הטיסה, המכונה תדר פעימות כנף גבוה. תדירות פעימות הכנף הגבוהה מאפשרת ליונקי הדבש לבצע את טיסתם המרחפת הייחודית, במיוחד במהלך ביקורי הקיץ אצל הפרחים ומאכלי החצר האחורית שלכם.

סרטון בהילוך איטי של יונקי דבש בטיסה.

{vembed Y = gJ_T_Y1rxHw}

יונקי דבש זקוקים כמויות גדולות של אנרגיה לטוס ברציפות ולאסוף אוכל. בנוסף, הסתגלות של עצם חזה ארוכה היא המשטח המושלם הדרוש לשרירי הכנפיים: ככל שמשטח עצם החזה גדול יותר, כך ניתן לחבר יותר שרירים.

על מנת לרחף, יונקי דבש מנפנפים בכנפיים בצורת דמות שמונה. סגנון פעימות כנף זה מתאפשר על ידי "תנועות פרק כף היד" רציפות מעצם הזרוע המקוצרת שלהם - מאפיין ייחודי שלא נמצא בשום מיני ציפורים אחרים. על ידי עבודה משותפת, השרירים והעצמות של יונקי הדבש מאפשרים לרחף ולעוף לצדדים ולאחור ב מהירויות הגבוהות ביותר 50 קמ"ש.

כאשר מדענים בדקו כיצד שרירים ועצמות של יונקי דבש מתאחדים וליצור מעוף מהיר ומדויק אצל העופות הזעירים הללו, הם התעניינו אם ניתן להנדס את אותם מנגנונים.

דוגמא להשראה זו היא ה- Nano Hummingbird של AeroVironment, שפותח כאב טיפוס עבור סוכנות פרויקטים למחקר מתקדם של ההגנה האמריקאית. יונקי הדבש ננו הוא מכשיר מזל"ט שמחקה את מעוף יונקי הדבש כדי להשיג יתרון זריז ותמרון.

מזל"טים אלה יכולים לגשת למיקומים שאינם נגישים ולאסוף מידע באמצעות מצלמת וידאו מחוברת. עם מחקר נוסף בנושא דיוק טיסה של יונקי הדבש וההשלכות היומיומיות שלו, שיש מזל"טים שיכולים לבחון ביעילות שטחים טבעיים שלא נקבעו עלולים להתרחש מהר מכפי שסברו בעבר. התקדמות מזל"ט אלה ניתנת ליישום על ניטור מזג האוויר, משלוח מנות ואפילו קולנוע.

טיסה שקטה

כטורפים בלילה, ינשופים מסתמכים על טקטיקות הציד השקטות שלהם כדי ללכוד בהצלחה טרף. כדי להמריא בטיסה נדרש כמות גדולה של כוח הרמה כדי לרדת מהקרקע, ויש צורך באנרגיה רבה יותר כדי להישאר באוויר. ייצור כוח הרמה זה, לעומת זאת, מחייב ינשופים לנפנף בכנפיהם הגדולות. אתה עשוי לחשוב שהנפנף בכנפיים כל כך גדולות יעורר המון רעש, ויביא את המטרה של התגנבות. אבל האם זה נכון?

במהלך המעוף, תנועת כנפי הציפור יוצרת מערבולת באוויר, מה שמשמיע את אותו צליל מתנופף מוכר. עם זאת, ינשופים פיתחו מנגנונים מדהימים המפחיתים רעש במהלך הטיסה. הסוד טמון במבני הנוצות שלהם.

ניסוי של כדור הארץ ב- BBC ובחן מדוע ינשופים עפים בשקט כל כך.

{vembed Y = d_FEaFgJyfA}

לכנפי הינשוף נוצות עם קצוות חדים, הנקראים צניעות, לאורך חזיתיהן, הנמצאות במגע עם האוויר במהלך הטיסה. אלה טחנות מפרקות את מערבולת האוויר הגורמת בדרך כלל לרעש רוח, הפחתת הרעש שנוצר במהלך הטיסה. כאשר האוויר זורם לחלק האחורי של הכנף, מבנים דמויי שוליים - בדומה למגמת האופנה - בקצה הנוצות מפחיתים עוד יותר את הרעש על ידי פיזור מהיר ויעיל של כל מערבולת. יחד עם מעוף גלישה, שני מבני הנוצות הללו תורמים מאוד לציד השקט של ינשוף.

החוקרים מנסים לקחת דף מההתאמות השקטות של ינשופים, ומנסים להשתמש במבנים דומים לשיבוש מערבולת כמו להפחית את הרעש שמייצרות טורבינות רוח ומאווררים ולשפר את יעילותן.

יישום התאמות הנוצה השקטות של הינשוף לטכנולוגיית הטורבינה המודרנית מבטיח המרה יעילה יותר של אנרגיית הרוח, ומדגיש עד כמה יכול להיות יעיל שילוב עולמנו הטבעי והטכנולוגי.

מגרדים את פני השטח

העיבודים של יונק הדבש והינשוף רק מגרדים את פני המצאות הטבע. צורות נוספות של ביו-מימיקה ניתן למצוא בטכנולוגיות למניעת זעזוע מוח בהשראת נקרי עץ, עיצובי רכבות המעוצבים מקורם של הדגיגים וטכנולוגיית לייזר המושפעת מהארכיטקטורה של נוצות ציפורים צבעוניות.

ברור לראות כיצד הטבע עורר השראה להתקדמות הטכנולוגית, ואת החשיבות של המשך חקירת מערכות טבעיות נפלאות אלה על פני כדור הארץ.

על המחבר

איליאס ברברי, דוקטורנט לביולוגיה, אוניברסיטת קרלטון

מאמר זה פורסם מחדש מתוך שיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי.