Изучение птерозавров и других ископаемых летунов для совершенствования искусственного полета

Птерозавры были крупнейшими животными, когда-либо летавшими в небе. Они парили в воздухе 160 миллионов лет — намного дольше, чем любой вид современных птиц. Несмотря на их аэродинамическое превосходство, эти древние летуны в значительной степени игнорировались в поиске биоинспирированных летных технологий. В обзоре, опубликованном 15 апреля в журнале Trends in Ecology & Evolution, исследователи объясняют, почему и как физиология ископаемых летунов может предложить древние решения современных проблем полета, таких как устойчивость в воздухе и способность дронов к самостоятельному запуску.

«В летописи окаменелостей есть много действительно крутых вещей, которые остаются неисследованными, потому что инженеры обычно не обращаются к палеонтологии в поисках вдохновения для полета», — говорит ведущий автор Лиз Мартин-Силверстоун, постдокторант и палеонтолог Бристольского университета. «Если мы будем искать вдохновение только у современных животных, мы упускаем огромную часть морфологического разнообразия и игнорируем множество вариантов, которые, как я считаю, могли бы быть полезными».

Ранее инженеры в основном фокусировались на физиологии современных птиц и насекомых при проектировании аэронавигационных технологий, таких как дроны и самолеты; они могли не думать об изучении окаменелостей, которые по своей природе часто неполны. Однако Мартин-Силверстоун отмечает, что существует несколько исключительно хорошо сохранившихся ископаемых птерозавров, которые дают необычайно глубокое представление об анатомии их крыльев, что необходимо для понимания их летных способностей.

«Есть два или три абсолютно потрясающе сохранившихся ископаемых птерозавра, которые позволяют увидеть различные слои внутри летательной перепонки, давая нам представление о ее волокнистых компонентах. Кроме того, некоторые окаменелости сохранились настолько хорошо, что видны места крепления крыла под бедром», — говорит она. «Хотя точная форма крыла неизвестна, зная точки крепления перепонки, можно смоделировать эффективность различных форм крыла и определить, какая из них работала бы лучше всего в естественных условиях». Анализ морфологии и предполагаемой механики полета этих древних существ выявил новые тактики, которых нет у современных летунов.

Один из примеров — подъем в воздух. Запуск в воздух с помощью прыжка, также известный как баллистический старт, является стандартным в животном мире. Однако крупным птицам для отрыва требуется разбег, чтобы набрать достаточный импульс. Птерозавры же, возможно, разработали метод запуска со стационарной позиции, несмотря на то, что некоторые экземпляры весили почти 300 килограммов. Одна из гипотез, предложенная соавтором обзора Майком Хабибом из Института динозавров Музея естественной истории округа Лос-Анджелес, предполагает, что крыловая перепонка и мощные мышечные крепления в крыльях позволяли птерозаврам совершать мощный прыжок от локтей и запястий, давая им достаточную высоту для взлета.

«Сегодня дрон требует плоской поверхности для запуска и довольно ограничен в способах подъема в воздух. Уникальная физиология запуска птерозавров может помочь решить некоторые из этих проблем», — говорит Мартин-Силверстоун.

Птерозавры также могут дать представление о том, как предотвратить нестабильность полета в воздухе. В отличие от того, как паруса могут стать неустойчивыми при сильном ветре, птерозавры выработали стратегии сопротивления флаттеру своих широких крыльев. «До сих пор нам не удавалось сконструировать такие вещи, как летные костюмы, которые могли бы выдерживать давление полета. Если мы сможем понять, как это делали птерозавры, например, поняв структуру их крыловой перепонки, то это можно использовать для решения современных инженерных задач», — отмечает она.

Эти уникальные физиологические элементы не ограничиваются птерозаврами. У других древних летунов, таких как микрораптор, были оперенные крылья как на передних, так и на задних конечностях, а у недавно открытого динозавра Yi qi были крылья, сочетавшие перья с перепонкой, как у летучей мыши — план строения, который больше не повторялся после их вымирания. Таким образом, авторы утверждают, что многие летные стратегии еще предстоит должным образом изучить.

Мартин-Силверстоун предполагает, что, объединив знания о современных и вымерших летунах, мы получим гораздо больше шансов преодолеть препятствия, все еще мешающие искусственному полету. Она говорит: «Мы хотим, чтобы биологи и инженеры обращались к палеонтологам, когда ищут решения летных проблем, поскольку может существовать что-то вымершее, что могло бы помочь. Если мы ограничимся рассмотрением современных животных, то упустим большое разнообразие, которое может быть полезным».