Dans la danse complexe de la forêt, où chaque trou et chaque feuille présente une barrière potentielle, le colibri se produit avec une grâce et une habileté qui défient les limites de ses ailes rigides.
Contrairement à d’autres oiseaux qui plient leurs ailes pour naviguer dans le feuillage dense, les colibris ont mis au point un ensemble remarquable de manœuvres pour traverser les espaces les plus restreints. Des chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley ont découvert les secrets de ces exploits extraordinaires.
Les ailes de colibri naviguent dans les espaces restreints
L’étude révèle que les colibris emploient deux stratégies distinctes lorsqu’ils sont confrontés à des passages étroits dans leur royaume feuillu. Face à des fentes trop fines pour leur envergure, ces acrobates aviaires les contournent. Incroyablement, ils sont capables de maintenir leur élévation grâce à des volets continus.
Pour les ouvertures plus petites ou les itinéraires familiers, ils adoptent une pose plus aérodynamique. Cette stratégie consiste à replier leurs ailes et à glisser avant de reprendre leur battement.
Comment étudier les ailes des colibris
Cette recherche étonnante est surprenante par la révélation du mouvement latéral du colibri et des ajustements complexes des ailes. Il était dirigé par Robert Dudley, professeur de biologie intégrative à l’UC Berkeley.
« Pour nous, au début des expériences, le repli et le glissement auraient été la solution par défaut. Sinon, comment pourraient-ils passer ? dit Dudley. « Ce concept de mouvement latéral avec une confusion totale de la cinématique de l’aile est assez étonnant : c’est une méthode nouvelle et inattendue de transit d’ouverture. Ils modifient l’amplitude des battements d’ailes afin qu’ils ne tombent pas verticalement lorsqu’ils effectuent un scooch latéral.
L’équipe de Dudley comprenait Marc Badger, qui a complété son doctorat. à l’Université de Berkeley. Ils ont observé que les oiseaux modifient l’amplitude de leurs battements d’ailes pour éviter les chutes verticales lors de ces manœuvres. Le scooch latéral, en particulier, pourrait offrir aux oiseaux une meilleure chance d’évaluer et d’éviter les obstacles, ce qui pourrait réduire les risques de collision.
« En savoir plus sur la manière dont les animaux franchissent les obstacles et autres éléments constitutifs de l’environnement, tels que les rafales de vent ou les régions turbulentes, peut améliorer notre compréhension globale de la locomotion animale dans des environnements complexes », a noté le premier auteur, Badger. « Nous ne savons pas encore grand-chose sur la façon dont le vol à travers le désordre peut être limité par des processus géométriques, aérodynamiques, sensoriels, métaboliques ou structurels. Même les limitations comportementales pourraient résulter d’effets à plus long terme, tels que l’usure du corps, comme le suggère le changement dans la technique de négociation d’ouverture que nous avons observé dans notre étude.
Parcours d’obstacles du colibri
Parmi les autres membres de l’équipe figuraient Kathryn McClain, Ashley Smiley et Jessica Ye, étudiantes à l’UC Berkeley. Ils ont ingénieusement entraîné des colibris à naviguer à travers des ouvertures de taille variable à l’aide de caméras à grande vitesse et d’un programme informatique développé par Badger.
Ils ont découvert que les oiseaux survolent momentanément pour évaluer une ouverture avant de s’engager dans leurs méthodes de transit uniques. La vidéo de leur expérience peut être vue ici.
« Nous avons installé une arène de vol à deux côtés et nous nous sommes demandé comment entraîner les oiseaux à voler à travers un espace de 16 centimètres carrés dans la cloison séparant les deux côtés », a déclaré Badger, notant que les colibris ont une envergure d’environ 12 centimètres ( 4 3/4 pouces). « Ensuite, Kathryn a eu l’idée étonnante d’utiliser des récompenses alternées. »
Comment l’étude a été menée
L’approche innovante de l’équipe de recherche pour étudier ces oiseaux impliquait d’alterner les récompenses avec des mangeoires en forme de fleur. Cela a obligé les colibris à passer à plusieurs reprises par les ouvertures de test. Cette méthode a fourni une vision claire de la façon dont les colibris parviennent à maintenir la portance et la poussée même avec des mouvements asymétriques des ailes.
« Le fait est qu’ils doivent toujours maintenir le support de poids, qui provient des deux ailes, puis contrôler la poussée horizontale, qui la pousse vers l’avant. Et ils font cela avec la droite et la gauche qui font des choses très particulières », a déclaré Dudley. « Encore une fois, ce n’est qu’un exemple supplémentaire de la façon dont, lorsque nous sommes poussés dans une situation expérimentale, nous pouvons obtenir des fonctionnalités de contrôle que nous ne voyons pas chez un colibri en vol stationnaire standard. »
L’expérience a également démontré la capacité des oiseaux à adapter leurs stratégies. L’approche plus rapide du « bourdonnement balistique » a été utilisée plus fréquemment à mesure que les oiseaux s’habituaient à la configuration de test. Pourtant, face aux plus petits écarts, les colibris ont eu recours au mouvement « replier et glisser ». Cette adaptation indique une approche polyvalente et adaptative de la navigation par obstacles.
« Ils semblent utiliser la méthode la plus rapide, le passage balistique, lorsqu’ils se familiarisent davantage avec le système », a déclaré Dudley.
Les résultats mettent également en évidence la résilience des oiseaux. Seulement 8 % des colibris ont subi des coupures d’ailes, et même dans ce cas, ils ont rapidement récupéré et ont continué leur vol.
« La capacité de choisir parmi plusieurs stratégies de négociation d’obstacles peut permettre aux animaux de se faufiler de manière fiable dans des espaces restreints et de se remettre de leurs erreurs », a noté Badger.
Applications du monde réel grâce au biomimétisme
Les implications de ces découvertes vont bien au-delà de la curiosité biologique. Comprendre comment des oiseaux comme les colibris naviguent dans des espaces encombrés pourrait éclairer la conception de drones capables de mieux manœuvrer dans des environnements complexes.
Badger suggère que le battement d’ailes et les prouesses sensorielles des oiseaux pourraient offrir des informations susceptibles de révolutionner la façon dont les drones interagissent avec leur environnement, en particulier dans les zones turbulentes ou obstruées.
« Les quadrotors télécommandés actuels peuvent surpasser la plupart des oiseaux en espace ouvert dans la plupart des paramètres de performance. Alors, y a-t-il une raison de continuer à apprendre de la nature ? dit Blaireau. « Oui. Je pense que cela dépend de la façon dont les animaux interagissent avec des environnements complexes. Si nous placions le cerveau d’un oiseau à l’intérieur d’un quadrotor, l’oiseau cyborg ou un oiseau normal serait-il meilleur pour voler à travers une forêt dense dans le vent ? Il peut y avoir de nombreux avantages sensoriels et physiques à battre des ailes dans des environnements turbulents ou encombrés.
Prochaines étapes pour la recherche sur le vol aviaire
L’équipe de Dudley vise à approfondir le mystère de la navigation aviaire en testant les oiseaux avec une série d’ouvertures variées, cherchant à comprendre comment ils surmontent successivement plusieurs obstacles. Leurs recherches témoignent de l’ingéniosité des colibris, révélant les stratégies complexes que ces minuscules créatures emploient pour prospérer dans leurs habitats complexes.
L’étude complète a été publiée dans le Journal de biologie expérimentale.
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