Les colibris sont les seuls oiseaux qui peuvent voler latéralement et vers l'arrière, grâce à une caractéristique évolutive de leur structure musculo-squelettique. (Shutterstock)

L'évolution est-elle le meilleur inventeur? Avec des centaines de millions d'années de travail et le monde naturel comme toile, il semblerait que oui.

Des chameaux qui retiennent l'eau du désert aux albatros de longue distance de la mer, l'évolution a façonné les capacités des animaux à mieux les aider à survivre et à prospérer.

Mes recherches de troisième cycle explorent certaines des inventions les plus impressionnantes de l'évolution, dont beaucoup peuvent être trouvées chez les oiseaux. Plus précisément, j'étudie les comportements de vol des oiseaux et comment les relations entre la masse corporelle, la taille des ailes, la parenté des espèces et d'autres traits biologiques ont évolué pour générer le vol extravagant que nous voyons chez de nombreuses espèces.

Ces inventions sont tellement extraordinaires que nous les étudions pour appliquer leur design à la technologie de tous les jours.

Prenez, par exemple, le vol rapide et précis d'un colibri qui nous a aidés à développer des appareils volants qui sont également capables de manoeuvres complexes. Ou le vol furtif d'un hibou, qui a inspiré la conception d'éoliennes silencieuses et efficaces. Dans les deux cas, le biomimétisme s'inspire des inventions naturelles pour concevoir et améliorer nos technologies actuelles.

Manœuvres précises

Les colibris sont parmi les plus petits oiseaux du monde. Ils possèdent de petits torses légers avec des ailes relativement grandes qui leur permettent de voler remarquablement vite avec une précision incroyable. Mais de nombreux types d'oiseaux ont de grandes ailes, alors qu'est-ce qui distingue les colibris en ce qui concerne leur incroyable maniabilité?

Le secret réside dans leurs muscles et leurs os.

Hummingbirds exigent que les gros muscles des ailes battent continuellement leurs ailes rapidement pendant le vol, connue comme une fréquence de battement d'aile élevée. La fréquence élevée des battements d'ailes permet aux colibris d'effectuer leur vol stationnaire unique, en particulier lors de leurs visites d'été à vos fleurs et à vos mangeoires d'arrière-cour.

Vidéo au ralenti de colibris en vol.

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Les colibris ont besoin de grandes quantités d'énergie pour voler en continu et ramasser de la nourriture. De plus, l'adaptation d'un os de poitrine long est la surface parfaite nécessaire pour les muscles des ailes: plus la surface de l'os de poitrine est grande, plus les muscles peuvent être connectés.

Afin de planer, les colibris battent des ailes en forme de huit. Ce style de battement d'aile est rendu possible par «coups de poignet» continus de leur os de bras raccourci - une caractéristique unique que l'on ne retrouve dans aucune autre espèce d'oiseau. En travaillant ensemble, les muscles et les os des colibris permettent le vol stationnaire et le vol latéral et arrière vers vitesses supérieures à 50 km / h.

Lorsque les scientifiques ont examiné comment les muscles et les os des colibris se réunissaient pour générer un vol rapide et précis chez ces petits oiseaux, ils se sont intéressés à savoir si ces mêmes mécanismes pouvaient être conçus.

Un exemple de cette inspiration est Nano Hummingbird d'AeroVironment, développé comme prototype pour la US Defense Advanced Research Projects Agency. Le Nano Hummingbird est un drone qui imite le vol des colibris pour gagner un bord agile et maniable.

Ces drones peuvent accéder à des emplacements inaccessibles et recueillir des informations via une caméra vidéo connectée. Avec plus de recherches sur la précision du vol des colibris et ses implications quotidiennes, avoir des drones capables d'examiner efficacement des territoires naturels inexplorés pourrait arriver plus tôt qu'on ne le pensait. Ces avancées de drones peuvent être appliquées à la surveillance météorologique, à l'expédition de colis et même à la cinématographie.

Vol silencieux

En tant que prédateurs nocturnes, les hiboux comptent sur leurs tactiques de chasse silencieuses pour réussir à capturer leurs proies. Décoller en vol nécessite une grande force de portance pour décoller du sol, et plus d'énergie est nécessaire pour rester dans l'air. Cependant, pour générer cette force de portance, les hiboux doivent battre leurs grandes ailes. Vous pourriez penser que battre de si grandes ailes ferait une tonne de bruit, ce qui irait à l'encontre du but d'être furtif. Mais le fait-il?

Pendant le vol, le mouvement des ailes d'un oiseau crée une turbulence dans l'air, qui fait ce bruit de battement familier. Cependant, les hiboux ont développé des mécanismes incroyables qui réduisent le bruit pendant le vol. Le secret réside dans leurs structures de plumes.

Une expérience BBC Earth examinant pourquoi les chouettes volent si silencieusement.

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Les ailes de hibou ont des plumes aux arêtes vives, appelées dentelures, le long de leurs fronts, qui sont en contact avec l'air pendant le vol. Celles-ci les dentelures cassent la turbulence de l'air qui cause normalement le bruit du vent, réduisant le bruit généré pendant le vol. Au fur et à mesure que l'air s'écoule à l'arrière de l'aile, des structures en forme de franges - similaires à la tendance de la mode - à l'extrémité des plumes réduisent davantage le bruit en dispersant rapidement et efficacement toute turbulence. Jumelées à un vol plané, ces deux structures de plumes contribuent fortement à la chasse tranquille d'un hibou.

Prenant une page sur les adaptations de vol silencieux chez les hiboux, les chercheurs tentent d'utiliser des structures similaires perturbant la turbulence pour réduire le bruit produit par les éoliennes et les ventilateurs et améliorer leur efficacité.

L'application des adaptations silencieuses des plumes du hibou à la technologie des turbines modernes promet une conversion plus efficace de l'énergie éolienne et met en évidence l'efficacité de l'intégration de nos mondes naturel et technologique.

Gratter la surface

Les adaptations du vol des colibris et des hiboux ne font qu'effleurer la surface des inventions de la nature. D'autres formes de biomimétisme peuvent être trouvées dans les technologies de prévention des commotions cérébrales inspirées des pics, les conceptions de train façonnées à partir des becs des martins-pêcheurs et la technologie laser influencée par l'architecture des plumes d'oiseaux colorées.

Il est clair de voir comment la nature a inspiré les progrès technologiques et l'importance de poursuivre l'exploration de ces merveilleux systèmes naturels sur Terre.

A propos de l'auteur

Ilias Berberi, doctorant, biologie, Université Carleton

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.