Je hebt misschien een kind met een veer zien spelen, of je hebt er misschien zelf mee gespeeld:je hand langs de weerhaken van een veer laten gaan en kijken hoe de veer open en dicht ritst, lijkt zichzelf op wonderbaarlijke wijze weer bij elkaar te trekken.

Dat "magische" ritsmechanisme zou een model kunnen zijn voor nieuwe lijmen en nieuwe ruimtevaartmaterialen, volgens ingenieurs van de University of California San Diego. Ze beschrijven hun bevindingen in het nummer van 16 januari van: wetenschappelijke vooruitgang in een paper getiteld "Scaling of bird wings and feathers for efficient flight."

Onderzoeker Tarah Sullivan, die een Ph.D. in materiaalkunde van de Jacobs School of Engineering aan de UC San Diego, is de eerste in ongeveer twee decennia die een gedetailleerde blik werpt op de algemene structuur van vogelveren (zonder zich te concentreren op een specifieke soort). Ze 3D-geprinte structuren die de schoepen van de veren nabootsen, weerhaken en baardjes om hun eigenschappen beter te begrijpen, bijvoorbeeld hoe de onderkant van een veer lucht kan opvangen om op te tillen, terwijl de bovenkant van de veer lucht kan blokkeren wanneer de zwaartekracht het over moet nemen.

Sullivan ontdekte dat baardjes - de kleinere, haakachtige structuren die veerweerhaken verbinden - zijn bij alle vogels binnen 8 tot 16 micrometer van elkaar verwijderd, van de kolibrie tot de condor. Dit suggereert dat de afstand een belangrijke eigenschap is voor de vlucht.

"De eerste keer dat ik veer baardjes onder de microscoop zag, stond ik versteld van hun ontwerp:ingewikkeld, mooi en functioneel, " zei ze. "Terwijl we veren van veel soorten bestudeerden, was het verbazingwekkend om te ontdekken dat ondanks de enorme verschillen in grootte van vogels, baardjes afstand was constant."

Sullivan gelooft dat het verder bestuderen van de schoepen-weerhaak-weerhaak kan leiden tot de ontwikkeling van nieuwe materialen voor ruimtevaarttoepassingen. en aan nieuwe lijmen - denk aan klittenband en zijn weerhaken. Ze bouwde prototypes om haar punt te bewijzen, die ze in een vervolgpaper zal bespreken. "Wij zijn van mening dat deze structuren kunnen dienen als inspiratie voor een in elkaar grijpende eenrichtingslijm of een materiaal met op de richting afgestemde permeabiliteit, " ze zei.

Sullivan, die deel uitmaakt van de onderzoeksgroep van Marc Meyers, een professor in de afdelingen Nanoengineering en Mechanical and Aerospace Engineering aan de UC San Diego, bestudeerde ook de botten in vogelvleugels. Net als veel van haar voorgangers, ze ontdekte dat het opperarmbeen - het lange bot in de vleugel - groter is dan verwacht. Maar ze ging nog een stap verder:met behulp van mechanische vergelijkingen, ze kon laten zien waarom dat zo is. Ze ontdekte dat omdat de botsterkte van vogels beperkt is, het kan niet proportioneel opschalen met het gewicht van de vogel. In plaats daarvan moet het sneller groeien en groter zijn om sterk genoeg te zijn om de krachten te weerstaan ​​waaraan het tijdens de vlucht wordt blootgesteld. t

Dit staat bekend als allometrie - de groei van bepaalde delen van het lichaam in een ander tempo dan het lichaam als geheel. Het menselijk brein is allometrisch:bij kinderen het groeit veel sneller dan de rest van het lichaam. Daarentegen, het menselijk hart groeit evenredig met de rest van het lichaam - onderzoekers noemen dit isometrie.

"Professor Eduard Arzt, onze co-auteur van de Universiteit van Saarland in Duitsland, is amateurpiloot en raakte gefascineerd door het 'vogelvleugelprobleem'. Samen, we begonnen er allometrische analyses op te doen en het resultaat is fascinerend, "zei Meyers. "Dit toont aan dat de synergie van wetenschappers met verschillende achtergronden prachtige nieuwe inzichten kan opleveren."