Dopiero teraz stało się jasne, w jaki sposób skrzydło kolibra generuje dźwięk, gdy bije szybko z prędkością 40 uderzeń na sekundę.
Koliber to ptak całujący kwiaty. Brazylijczycy nazywają go beija-flor — ptakiem, który całuje kwiaty. Określenie to trafnie charakteryzuje zachowanie kolibra unoszącego się pośród kwiatów.
Koliber słynie z niezrównanych talentów akrobatycznych. Na chwilę zawisa obok kwiatu i ssie nektar, trzepocząc skrzydełkami, które wyglądają jak mglista plama. Wtem energiczna kruszynka zmienia położenie, błyskawicznie odfruwając w przód, w tył, w bok albo nawet w dół i machając skrzydełkami 50 do 70 (niektórzy twierdzą, że aż 80) razy na sekundę! Koliber może lecieć z prędkością 50 do 100 kilometrów na godzinę i nagle stanąć w miejscu.
Naukowcy z Uniwersytetu Technicznego w Eindhoven, Uniwersytetu Stanforda i Sorama skrupulatnie obserwowali kolibry za pomocą 12 szybkich kamer, sześciu płyt dociskowych i 2176 mikrofonów. Zespołowi inżynierów po raz pierwszy udało się zmierzyć dokładne pochodzenie dźwięku generowanego przez trzepot skrzydeł kolibrów.
Odkryli, że miękkie i złożone skrzydełka z piórami kolibrów generują dźwięk w sposób podobny do tego, jak robią to prostsze skrzydła owadów. Nowe spostrzeżenia mogą pomóc w wyciszeniu urządzeń, takich jak wentylatory i drony.
Buczenie kolibra pochodzi z różnicy ciśnień między górną i dolną częścią skrzydeł, która zmienia się zarówno pod względem wielkości, jak i orientacji, gdy skrzydła trzepoczą w przód i w tył. Te różnice ciśnień na skrzydle są niezbędne, ponieważ zapewniają siłę aerodynamiczną netto, która umożliwia kolibrowi wzniesienie się i zawis.
Czytaj: Ten koliber zbudował sobie dom z dachem
W przeciwieństwie do innych gatunków ptaków, skrzydło kolibra generuje silną siłę aerodynamiczną skierowaną w górę zarówno podczas ruchu w dół, jak i w górę, czyli dwa razy na uderzenie. O ile przyczyniają się do tego obie różnice ciśnień spowodowane siłą nośną i oporu działającą na skrzydło, okazuje się, że głównym źródłem przydźwięku jest różnica ciśnień podnoszenia w górę.
Różnica między jękiem, buczeniem i świstem
Profesor David Lentink z Uniwersytetu Stanforda powiedział: „To jest powód, dla którego ptaki i owady wydają różne dźwięki. Skowyt komarów, brzęczenie pszczół, brzęczenie kolibrów i świst większych ptaków. Większość ptaków jest stosunkowo cicha, ponieważ większość siły nośnej generują tylko raz podczas ruszania skrzydłami w stylu dolnym. Kolibry i owady są głośniejsze, ponieważ robią to dwa razy na uderzenie skrzydłami”.
Aby dojść do swojego modelu, naukowcy zbadali sześć kolibrów żarogłowych, najpospolitszych gatunków w Stanford.
Czytaj: 9 oszałamiających zdjęć kolibrów
Jeden po drugim kazali ptakom pić wodę cukrową ze sztucznego kwiatka w specjalnej komorze do lotów. Wokół komory, niewidocznej dla ptaka, ustawiono kamery, mikrofony i czujniki ciśnienia, aby precyzyjnie rejestrować każde uderzenie skrzydeł podczas unoszenia się przed kwiatem.
Podczas kolejnego eksperymentu sześć bardzo czułych płyt dociskowych w końcu zdołało zarejestrować siłę nośną i oporu generowaną przez skrzydła podczas ich ruchu w górę i w dół, po raz pierwszy w historii.
Naukowcom udało się w końcu skondensować wszystkie ich różnorodne wyniki w prostym trójwymiarowym modelu akustycznym, zapożyczonym ze świata samolotów i matematycznie przystosowanym do trzepotania skrzydeł. Przewiduje dźwięk, który promieniuje trzepoczącymi skrzydłami, nie tylko szum kolibra, ale także szum innych ptaków i nietoperzy, bzyczenie i skomlenie owadów, a nawet hałas, który generują roboty z trzepoczącymi skrzydłami.
Czy dzięki temu badaniu drony będą cichsze?
Chociaż nie było to przedmiotem niniejszego badania – opublikowanego w marcu w czasopiśmie eLife – zdobyta wiedza może również pomóc w ulepszaniu wirników samolotów i dronów, a także wentylatorów laptopów i odkurzaczy. Nowe spostrzeżenia i narzędzia mogą pomóc w wyciszeniu zaprojektowanych urządzeń, które generują złożone siły, takie jak zwierzęta.
Właśnie to zamierza zrobić Sorama: „Uczyniamy dźwięk widzialnym, aby urządzenia były cichsze. Zanieczyszczenie hałasem staje się coraz większym problemem. Sam miernik decybeli nie rozwiąże tego problemu. Musisz wiedzieć, skąd pochodzi dźwięk i jak jest wytwarzany, aby móc go wyeliminować. Do tego służą nasze kamery dźwiękowe. Te badania nad skrzydłami kolibra dają nam całkowicie nowy i bardzo dokładny model jako punkt wyjścia, dzięki czemu możemy wykonywać naszą pracę jeszcze lepiej ”- podsumowuje dyrektor generalny i badacz Rick Scholte z firmy Sorama, będącej pochodną Uniwersytetu Technicznego w Eindhoven.
Czy ruchy kolibrów mogą dać nam w przyszłości cichszą technologię? Cóż, przekonamy się pewnie za kilka lat.
Czytaj: WROśnij we WROcław – ruszają zapisy
Poniżej możesz obejrzeć wideo naukowców o tym, jak buczą kolibry.
Źródło: Uniwersytet Techniczny w Eindhoven
johannesfloe.com – Art to remember
