Ett unikt samarbete mellan University of British Columbia (UBC) zoologer och U of T Engineerings flygexpert professor Philippe Lavoie ger nya insikter om hur måsar konfigurerar sin vingform – känd som vingformning – för att stabilisera sin flygning. Resultaten kan användas för att designa mer effektiva flygande fordon, inklusive svävande drönare för jordbruk eller miljöövervakning.

Även om en glidfågels förmåga att stabilisera sin flygbana är lika kritisk som dess förmåga att producera lyft, relativt få kvantitativa studier om fåglars flygstabilitet har slutförts. Detta är vad som förde UBC-forskarna Christina Harvey, Vikram Baliga och professor Doug Altshuler till Lavoies vindtunnellab vid University of Toronto Institute for Aerospace Studies (UTIAS).

Forskarna mätte lyftet och draget på 12 olika vingformer, alla med lite olika armbågs- och axelvinklar. De fastställde att med en enkel justering av en måss armbågsleder - antingen för att expandera dess vingar utåt eller inåt - kan måsar övergå över ett brett spektrum av vingformer för att stabilisera glid. När man svävar, vingarna är helt utsträckta och har en mer rundad form, vilket ökar deras stabilitet. När de lyfter eller landar är de mer instoppade och har en plattare form.

"Om du kan ändra formen på vingarna, du kan skapa mer stabila konfigurationer med lägre luftmotstånd när du vill ha mer uthållighet, " säger Lavoie. "Måsar kan använda uppströmmar för att öka höjden så att de inte behöver slå lika mycket med vingarna för att spara energi. Men om de behöver göra snabba manövrar, som att dyka för att fånga fisk, de kan ändra formen på vingen för det specifika ändamålet."

Att studera hur måsar använder vingform för att sväva långa sträckor och kontrollera sin flygning är särskilt intressant för Lavoie på grund av potentialen att informera designen av framtida flygplan, inklusive fastvingade unpiloted aerial vehicles (UAV), även känd som drönare.

"Fördelen med morphing är att du inte behöver skrymmande kontrollytor under flygning och det gör det lättare att dra fördel av energiskörd genom att sväva, " säger Lavoie. Han föreställer sig drönare med fasta vingar som kan rulla på termiska uppströmmar när de skannar rörledningar efter defekter, leta efter tecken på torka eller växtsjukdom på stora gårdar, eller övervaka rörelserna hos cariboubesättningar. Drönare med fasta vingar kan också användas för att spåra omfattningen och utvecklingen av skogsbränder.

"Idén med bioinspirerad forskning är att försöka förstå hur naturen gör det, med tanke på att den hade miljontals år på sig att anpassa sig till vissa förhållanden, " säger Lavoie. "När vi gör det, vi kan se om det finns element som vi kan plocka ut för vår egen design."

Forskarna betonade också fördelarna med och betydelsen av tvärvetenskaplig forskning.

"Det var en fantastisk upplevelse att arbeta med professor Lavoie, vars erfarenhet och kunskap var en oumbärlig del av projektet. Att bedriva forskningen vid UTIAS vindtunnel var en viktig del av arbetet, ", sa Harvey. "Jag ser fram emot att fortsätta kombinera tekniska verktyg och expertis med biologiska frågor så att vi bättre kan förstå fågelflyg."

"Det var ett väldigt roligt projekt, det är alltid trevligt att ha dessa olika möjligheter som kommer från ett annat område, " tillägger Lavoie. "Det håller saker fräscha, och får dig att tänka på problem från en annan vinkel."