Du kanske har sett ett barn leka med en fjäder, eller du kanske har lekt med en själv:köra en hand längs en fjäders hullingar och titta på när fjädern öppnas och drar dragkedjor, verkar mirakulöst dra sig samman igen.

Den "magiska" blixtlåsmekanismen kan ge en modell för nya lim och nya flygmaterial, enligt ingenjörer vid University of California San Diego. De beskriver sina resultat i 16 januari-numret av Vetenskapens framsteg i en artikel med titeln "Skalning av fågelvingar och fjädrar för effektiv flygning."

Forskaren Tarah Sullivan, som tog en Ph.D. i materialvetenskap från Jacobs School of Engineering vid UC San Diego, är den första på cirka två decennier som tar en detaljerad titt på den allmänna strukturen hos fågelfjädrar (utan att fokusera på en specifik art). Hon 3-D-printade strukturer som efterliknar fjädrarnas skovlar, hullingar och hullingar för att bättre förstå deras egenskaper – till exempel, hur undersidan av en fjäder kan fånga luft för lyft, medan toppen av fjädern kan blockera luft när gravitationen behöver ta över.

Sullivan fann att barbuler— ju mindre, krokliknande strukturer som förbinder fjäderhullingar – är placerade inom 8 till 16 mikrometer från varandra hos alla fåglar, från kolibri till kondor. Detta tyder på att avståndet är en viktig egenskap för flygning.

"Första gången jag såg fjäderstång under mikroskopet var jag vördnad över deras design:intrikat, vacker och funktionell, ", sa hon. "När vi studerade fjädrar över många arter var det fantastiskt att finna att trots de enorma skillnaderna i storlek på fåglar, avståndet mellan skivorna var konstant."

Sullivan tror att ytterligare studier av skovel-tagling-strukturen kan leda till utvecklingen av nya material för flygtillämpningar, och till nya lim – tänk på kardborreband och dess hullingar. Hon byggde prototyper för att bevisa sin poäng, som hon kommer att diskutera i en uppföljning. "Vi tror att dessa strukturer skulle kunna tjäna som inspiration för ett sammankopplande envägslim eller ett material med riktad skräddarsydd permeabilitet, " Hon sa.

Sullivan, som ingår i forskargruppen för Marc Meyers, en professor vid institutionerna för nanoteknik och mekanisk och rymdteknik vid UC San Diego, studerade också ben som finns i fågelvingar. Liksom många av hennes föregångare, hon fann att överarmsbenet – det långa benet i vingen – är större än väntat. Men hon gick ett steg längre:med hjälp av mekaniska ekvationer, hon kunde visa varför det är så. Hon fann att eftersom fågelbenstyrkan är begränsad, den kan inte skala upp proportionellt med fågelns vikt. Istället måste den växa snabbare och bli större för att vara stark nog att motstå krafterna den utsätts för under flygning. T

hans är känd som allometri - tillväxten av vissa delar av kroppen i olika takt än kroppen som helhet. Den mänskliga hjärnan är allometrisk:hos barn, den växer mycket snabbare än resten av kroppen. Däremot det mänskliga hjärtat växer proportionellt med resten av kroppen – forskare kallar detta isometri.

"Professor Eduard Arzt, vår medförfattare från Saarlands universitet i Tyskland, är en amatörpilot och blev fascinerad av problemet med "fågelvingar". Tillsammans, vi började göra allometriska analyser på dem och resultatet är fascinerande, ", sa Meyers. "Detta visar att synergin mellan forskare från olika bakgrunder kan skapa underbar ny förståelse."