Возможно, вы видели, как ребенок играет с пером, или, возможно, вы сами играли с ним: водите рукой по зазубринам пера и наблюдайте, как перо расстегивается и расстегивается, и кажется, что оно чудесным образом снова собирается вместе.
По словам инженеров Калифорнийского университета в Сан-Диего, этот «волшебный» застегивающийся механизм может стать моделью для новых клеев и новых аэрокосмических материалов. Они подробно изложили свои выводы в выпуске журнала Science Advances от 16 января в статье под названием «Масштабирование крыльев и перьев птиц для эффективного полета».
Исследователь Тара Салливан, получившая докторскую степень. в области материаловедения из Инженерной школы Джейкобса в Калифорнийском университете в Сан-Диего, впервые примерно за два десятилетия подробно изучил общую структуру птичьих перьев (не сосредотачиваясь на конкретном виде). Она напечатала на 3D-принтере структуры, имитирующие лопасти, зазубрины и бородки перьев, чтобы лучше понять их свойства - например, как нижняя сторона пера может захватывать воздух для подъемной силы, а верхняя часть пера может блокировать доступ воздуха, когда это необходимо гравитации. взять на себя.
Салливан обнаружил, что бородки - меньшие, похожие на крючки структуры, которые соединяют бородки пера - расположены на расстоянии от 8 до 16 микрометров друг от друга у всех птиц, от колибри до кондора. Это говорит о том, что интервал является важным свойством для полета.
«В первый раз, когда я увидела бородки из перьев под микроскопом, я была в восторге от их дизайна: замысловатого, красивого и функционального», - сказала она.«Изучая перья многих видов, мы с удивлением обнаружили, что, несмотря на огромные различия в размерах птиц, расстояние между бородками было постоянным».
Салливан считает, что дальнейшее изучение структуры лопасти-зазубрины-зазубрины может привести к разработке новых материалов для аэрокосмических приложений и к новым клеям - вспомните липучку и ее зазубрины. Она построила прототипы, чтобы доказать свою точку зрения, о которой она расскажет в последующем документе. «Мы считаем, что эти структуры могут послужить источником вдохновения для создания блокирующего однонаправленного клея или материала с направленной проницаемостью», - сказала она..
Салливан, входящий в исследовательскую группу Марка Мейерса, профессора факультетов наноинженерии, машиностроения и аэрокосмической техники Калифорнийского университета в Сан-Диего, также изучал кости, найденные в птичьих крыльях. Как и многие ее предшественники, она обнаружила, что плечевая кость - длинная кость в крыле - больше, чем ожидалось. Но она пошла дальше: используя уравнения механики, она смогла показать, почему это так. Она обнаружила, что, поскольку прочность птичьих костей ограничена, она не может увеличиваться пропорционально весу птицы. Вместо этого он должен расти быстрее и быть больше, чтобы быть достаточно сильным, чтобы противостоять силам, которым он подвергается в полете. Это известно как аллометрия - рост определенных частей тела с разной скоростью, чем рост тела в целом. Мозг человека аллометричен: у детей он растет гораздо быстрее, чем остальные части тела. Напротив, человеческое сердце растет пропорционально остальной части тела - исследователи называют это изометрией.
"Профессор Эдуард Арцт, наш соавтор из Саарского университета в Германии, является пилотом-любителем и увлекся проблемой «птичьих крыльев». Вместе мы начали проводить аллометрические анализы на них, и результат впечатляет", - сказал Мейерс. «Это показывает, что синергия ученых с разным опытом может привести к новому пониманию».