Camerele de mare viteză dezvăluie modul în care colibri se pot întoarce într-o clipită
Colibri sunt piloții de vânătoare ai lumii aviare, plonjând și zbătându-se cu viteze de până la 55 de kilometri pe oră – apoi întorcându-se într-o clipă pentru a pluti în aer, cu aripile bătând frenetic, în timp ce se realimentează cu nectar. Acum, prin eforturi herculene, cercetătorii sunt cu un pas mai aproape de a afla ce le face pe aceste animale atât de agile. Noua lucrare nu numai că ajută la explicarea coregrafiei lor complexe, dar ar putea duce, de asemenea, la roboți și drone mai manevrabile.
Biologii au cronometrat cât de repede pot zbura păsările colibri și cât de mult timp pot sta în aer liber, dar manevrabilitatea – toate acele zbenguieli înainte și înapoi – este „în mod notoriu dificil de studiat”, spune Peter Wainwright, un biolog evoluționist de la Universitatea din California (UC), Davis, care nu a luat parte la noua lucrare. Acest lucru se datorează faptului că „implică un set complicat de mișcări posibile și este foarte spontan.”
Acest lucru nu l-a oprit pe Paolo Segre, pe atunci student absolvent la Universitatea British Columbia din Vancouver, Canada. El a decis să încerce filmând păsările colibri în sălbăticie, care sunt mai puțin inhibate în ceea ce privește zborul decât omologii lor din captivitate. Pentru a se pregăti, și-a petrecut cea mai mare parte a unui an perfecționând și miniaturizând un sistem de filmare de mare viteză cu patru camere, coordonat de calculator.
Două luni mai târziu, Segre se afla în Peru. El și echipa sa au urcat pe munți și s-au strecurat prin junglă pentru a găsi locul perfect. După ce și-au stabilit tabăra, au construit o cușcă mare dotată cu sistemul de camere alimentat cu energie solară și au început să testeze colibri, unul câte unul. Cercetătorii au filmat fiecare pasăre timp de aproximativ 30 de minute, în timp ce aceasta zbura între perdele și vizita o stație de hrănire cu nectar din interior. Apoi au lăsat pasărea să plece și au repetat procesul. Segre și echipa sa au înființat stații în alte trei locații: Anzii ecuadorieni și tabere de altitudine înaltă și joasă din Costa Rica.
Obținerea datelor nu a fost ușoară. În Peru, locul de testare al echipei a fost invadat de furnici army timp de 2 zile la rând. În Costa Rica, Segre și colegii săi au fost nevoiți să traverseze ape infestate de crocodili – pe timp de noapte – în mijlocul unei furtuni cu fulgere. „Am fost îngroziți mai ales de fulgere”, își amintește Segre, acum ecofiziolog la Universitatea Stanford din Palo Alto, California. Cercetătorii au realizat în cele din urmă înregistrări video cu 207 păsări aparținând la 25 de specii.
După ce au obținut datele, colega de laborator a lui Segre, Roslyn Dakin, postdoctorandă, acum la Smithsonian Migratory Bird Center din Washington, D.C., a dezvoltat împreună cu colegii ei un software sofisticat pentru a le analiza. Deoarece existau patru camere de luat vederi, cercetătorii au putut reconstrui modelul de zbor al fiecărei păsări în trei dimensiuni, măsurând numărul de ori în care aceasta a accelerat, a decelerat, a virat, s-a rostogolit, s-a înălțat sau a plonjat, printre alte manevre. Fiecare dintre aceste mișcări simple s-a repetat și s-a combinat în tipare previzibile. „Manevrele mai complexe au fost alcătuite din secvențe de manevre mai simple”, explică Segre.
Când cercetătorii au comparat modelele de zbor între specii, au descoperit că fiecare dintre ele tindea să se țină de manevrele la care se pricepea cel mai bine (lucru valabil mai ales în cazul virajelor). Dar au fost surprinși să constate că speciile de colibri mai grele erau, în general, mai bune la accelerare și la efectuarea de viraje strânse. Pe baza studiilor la păsări și lilieci, echipa se aștepta la exact opusul. „Dar speciile de colibri mai mari erau de fapt mai manevrabile”, spune Dakin. Motivul: Acei colibri mai grei aveau mușchi și aripi relativ mai mari decât speciile mai mici, raportează ea și colegii ei astăzi în Science.
Au mai apărut și alte câteva tendințe. Comportamentele de manevră care difereau de la o specie la alta se reduceau, în general, la trăsături structurale și fiziologice, cum ar fi dimensiunea aripilor, suprafața aripilor, greutatea și masa musculară. În cele din urmă, atunci când echipa a grupat păsările în funcție de modelele lor de zbor, a constatat că grupurile reflectau arborele genealogic al colibriilor: Speciile mai strâns înrudite aveau modele de zbor similare.
Dakin spune că acest nou „cadru” de manevrabilitate ar putea ajuta roboticienii să înțeleagă cum să își ajusteze aparatele de zbor pentru a fi mai puțin stângace și fragile. Deosebit de utilă este capacitatea colibriilor de a genera mișcări rapide ale aripilor, ceea ce ajută la agilitate, spune Andrew Biewener, biomecanicist la Universitatea Harvard. Ca urmare, adaugă Robert Dudley, biolog de organisme la UC Berkeley, chiar mai mulți ingineri studiază acum zborul animalelor decât biologii.