پرنده‌ای که هزاران مایل مهاجرت می‌کند، راز شگفت‌انگیزی را در مورد نحوه‌ی کارکرد بال‌ها فاش کرده است. دانشمندان کشف کرده‌اند که پرستوهای اروپایی کارایی پرواز را فدای چابکی می‌کنند و از یک تکنیک منحصربه‌فرد ضربه بال استفاده می‌کنند که قبلاً بیشتر با بال‌های خفاش‌ها و حشرات مرتبط بوده است.
پرستوی اروپایی (Caprimulgus europaeus) یک شکارچی شبانه است که مهاجرت سالانه‌ی فوق‌العاده‌ای بین اروپا و آفریقای جنوبی دارد. با این حال، بال‌هایی که آن را در مسافت‌های دور حمل می‌کنند، باید وظیفه‌ی متفاوتی را نیز انجام دهند: کمک به پرنده برای شکار حشرات در حین پرواز آهسته و چرخش‌های تند.
دانشمندان دانشگاه لوند کشف کرده‌اند که این خواسته‌های متضاد با یک توازن شگفت‌انگیز همراه است. اگرچه پرستو برای مسافت‌های طولانی ساخته شده است، اما بال‌های آن برای پرواز کارآمد با سرعت‌های بالاتر به طور کامل بهینه نشده‌اند.
چرا بال‌های پرستو کارایی را فدای چابکی می‌کنند
برای بررسی نحوه‌ی پرواز پرستوها، محققان پرندگان را در تونل باد مورد مطالعه قرار دادند، حرکات آن‌ها را در سرعت‌های مختلف ثبت کردند و الگوهای جریان هوای باقی‌مانده در پشت بال‌های آن‌ها را اندازه‌گیری کردند.
آزمایش‌ها نشان داد که نوک‌های پهن بال پرستو، که احتمالاً به آن کمک می‌کند در حین پرواز آهسته مانور دهد، در سرعت‌های بالاتر به یک نقطه ضعف تبدیل می‌شود. در سرعت‌های بالاتر، بال‌های آن با کارایی کمتری نیروی بالابر تولید می‌کنند. نیروی بالابر، نیروی آیرودینامیکی است که به پرنده کمک می‌کند در هوا معلق بماند.
این یافته‌ها، این تصور را به چالش می‌کشد که پرندگانی که مسافت‌های بسیار زیادی را طی می‌کنند، باید بال‌هایی داشته باشند که در درجه اول برای پرواز کارآمد در مسافت‌های طولانی بهینه شده باشند.
کریستوفر یوهانسون، دانشیار دانشگاه لوند می‌گوید: «این با تصویر شهودی یک مهاجر دوردست به عنوان یک ماشین پرواز کاملاً بهینه شده در تضاد است. در عوض، بال‌های پرستو به نظر می‌رسد ترکیبی از چندین تقاضای مختلف باشند. پرنده می‌تواند به آرامی پرواز کند و در حین شکار مانور دهد، اما این به قیمت کاهش کارایی در تولید نیروی بالابر در سرعت‌های بالاتر تمام می‌شود.»
دانشمندان یک ترفند غیرمنتظره در ضربه بال کشف می‌کنند
محققان همچنین ویژگی شگفت‌انگیز دیگری از پرواز پرستو را کشف کردند. حتی زمانی که پرنده در قسمت بالایی هر ضربه بال به سمت بالا می‌رود، باز هم نیروی رانش تولید می‌کند؛ نیرویی که به پیش‌رانش آن کمک می‌کند.
این غیرعادی است، زیرا چنین حرکت بالایی، که به عنوان ضربه بال به سمت بالا شناخته می‌شود، قبلاً بیشتر با مکانیک پرواز خفاش‌ها و حشرات مرتبط بوده است تا پرندگان.
این کشف نشان می‌دهد که حیواناتی با تاریخچه‌های تکاملی بسیار متفاوت ممکن است راه‌حل‌های آیرودینامیکی مشابهی را برای چالش‌های پرواز توسعه داده باشند.
کریستوفر یوهانسون می‌گوید: «نکته‌ی جالب این است که نوع مشابهی از راه‌حل آیرودینامیکی در حیوانات کاملاً متفاوت ظاهر می‌شود. این نشان می‌دهد که ضربه بال لزوماً یک قسمت غیرفعال یا تولیدکننده‌ی نیروی بالابر از ضربه بال نیست. بلکه می‌تواند به طور فعال برای تولید نیروی رانش در زمانی که بال‌ها نمی‌توانند خیلی جمع شوند، استفاده شود.»
آنچه پرواز پرندگان در مورد تکامل و ربات‌های پرنده فاش می‌کند
این نتایج درس بزرگ‌تری در مورد نحوه‌ی شکل‌گیری حیوانات تکامل یافته‌اند که برای فعالیت‌های مختلف به ساختارهای بدن یکسان وابسته هستند.
تکامل به جای تولید بال‌هایی که کاملاً برای یک هدف مناسب هستند، طرح‌هایی را ترجیح می‌دهد که چندین نیاز متضاد را متعادل می‌کنند. برای پرستو، این به معنای ترکیب توانایی مهاجرت در سراسر قاره‌ها با چابکی مورد نیاز برای شکار حشرات با سرعت پایین است.
درک این توازن‌ها همچنین می‌تواند منجر به بهبود فناوری هوانوردی، به‌ویژه پهپادها و سایر هواپیماهای روباتیک با بال‌لرزان شود.
مانند پرندگان، این ماشین‌ها ممکن است با محدودیت‌های مکانیکی در مورد میزان جمع شدن بال‌هایشان در هر ضربه بال مواجه شوند. یادگیری نحوه‌ی تولید نیروی رانش توسط پرستوها در حین ضربه بال به سمت بالا می‌تواند به مهندسان کمک کند تا راه‌های موثرتری برای حرکت در هوا توسعه دهند.
محققان اکنون امیدوارند تعیین کنند که آیا این مکانیسم پرواز غیرمعمول در میان پرندگان و حیوانات پرنده دیگر رایج است یا اینکه یک سازگاری تخصصی‌تر است.
کریستوفر یوهانسون در پایان می‌گوید: «اکنون می‌خواهیم بررسی کنیم که این روش تولید نیرو در بین پرندگان و حیوانات پرنده دیگر چقدر رایج است. این می‌تواند به ما کمک کند تا بفهمیم کدام اصول آیرودینامیکی خاص پرستو هستند و کدام یک عمومی‌تر هستند. این دانش همچنین می‌تواند الهام‌بخش توسعه‌ی انواع جدیدی از هواپیماهای بال‌لرزان باشد.»
منبع: دانشگاه لوند