Le vol des colibris pourrait être imité par des véhicules aériens

Les colibris occupent une place unique dans la nature : bien qu’ils volent comme des insectes, ils possèdent le système musculo-squelettique des oiseaux. Puisqu’ils ont une agilité aérienne et des formes de vol extrêmes, de nombreux drones et autres véhicules aériens ont récemment été conçus pour imiter les mouvements des colibris. Aujourd’hui, en utilisant une nouvelle méthode de modélisation, une équipe de chercheurs dirigée par l’Université d’État de Pennsylvanie a acquis de nouvelles connaissances sur la façon dont les colibris bougent leurs ailes, ce qui pourrait conduire à des améliorations dans la conception des machines volantes artificielles.

« Nous avons essentiellement procédé à une ingénierie inverse du fonctionnement interne du système musculo-squelettique de l’aile – comment les muscles et le squelette fonctionnent chez les colibris pour battre des ailes », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Suyash Agrawal, ingénieur en mécanique à Penn State. « Les méthodes traditionnelles se sont principalement concentrées sur la mesure de l’activité d’un oiseau ou d’un insecte lorsqu’il est en vol naturel ou dans un environnement artificiel où des conditions de vol sont simulées. Mais la plupart des insectes et, parmi les oiseaux en particulier, les colibris, sont très petits. Les données que nous pouvons obtenir de ces mesures sont limitées.

En utilisant leurs connaissances en anatomie musculaire, des données de simulation informatique de la dynamique des fluides et des informations sur les mouvements des ailes et du squelette capturées par des techniques de micro-CT et de rayons X, ainsi qu’un algorithme d’optimisation basé sur des stratégies évolutives, les experts ont réussi à concevoir un modèle imitant le vol d’un colibri.

« Nous pouvons simuler l’ensemble du mouvement reconstruit de l’aile du colibri, puis simuler tous les flux et forces générés par le battement de l’aile, y compris toute la pression agissant sur l’aile », a expliqué l’auteur principal de l’étude, Bo Cheng, professeur agrégé de génie mécanique à État de Pennsylvanie. « À partir de là, nous sommes en mesure de recalculer le couple musculaire total requis pour battre l’aile. Et ce couple est quelque chose que nous utilisons pour calibrer notre modèle.

Les scientifiques ont découvert que les muscles principaux des colibris ne se contentent pas de battre leurs ailes dans un simple mouvement de va-et-vient, mais tirent plutôt leurs ailes dans trois directions : de haut en bas, d’avant en arrière et de torsion (ou tangage) de l’aile. De plus, les chercheurs ont également remarqué que les colibris resserrent les articulations de leurs épaules à la fois vers le haut et vers le bas et dans le sens du tangage en utilisant le même ensemble de petits muscles.

« C’est comme lorsque nous faisons un entraînement physique et qu’un entraîneur nous dit de resserrer votre corps pour être plus agile », a déclaré Cheng. « Nous avons constaté que les colibris utilisent un mécanisme similaire. Ils resserrent leurs ailes dans les directions de tangage et de haut en bas, mais gardent l’aile lâche dans la direction d’avant en arrière, de sorte que leurs ailes semblent battre d’avant en arrière uniquement pendant que leurs muscles moteurs, ou leurs moteurs de vol, tirent réellement. les ailes dans les trois directions. De cette façon, les ailes ont une très bonne agilité dans les mouvements de haut en bas ainsi que dans les mouvements de torsion.

« Même si la technologie n’est pas encore là pour imiter pleinement le vol des colibris, nos travaux fournissent des principes essentiels pour une imitation éclairée des colibris, espérons-le pour la prochaine génération de systèmes aériens agiles », a-t-il conclu.

L’étude est publiée dans la revue Actes de la Royal Society B : Sciences biologiques.

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Par Andreï Ionescu, Espèces-menacées.fr Rédacteur