Schutzbrillen für Vögel? Sind Wissenschaftler überlastet?

In der Natur tragen keine Vögel eine Schutzbrille. Sie benötigen keine zusätzliche Ausrüstung, um sich während des Fluges vor Wind und Sand zu schützen, da sie über ein Organ namens Nickhaut an den Augen verfügen, das einfach das „dritte Augenlid“ darstellt und die Augäpfel während des Hochgeschwindigkeitsfluges schützt.

Die durchscheinende Schicht ist die Nickhaut. Bildquelle: Pinterest

Doch heute stellen wir Ihnen nicht die Nickhaut des Vogels vor, sondern einen Vogel, der tatsächlich eine Schutzbrille trägt. Natürlich wird die Brille nicht vom Vogel selbst getragen, sondern von Wissenschaftlern aufgesetzt.

Warum geben Wissenschaftler ihm eine Schutzbrille? Vögel haben Nickhäute. Bedeutet das Tragen einer Schutzbrille nicht, dass man die Fähigkeiten des Vogels missachtet? Wenn Sie die Wahrheit wissen möchten, lesen Sie weiter!

Wie zähmt man einen Vogel, damit er eine Schutzbrille trägt?

Der Vogel, dem die Wissenschaftler die Schutzbrille aufsetzten, heißt Obi und ist ein Pazifischer Papagei (Forpus coelestis) von der Stanford University.

Pazifischer Papagei mit Schutzbrille. Bildnachweis: Eric Gutierrez

Wissenschaftler haben ihm eine 3D-gedruckte, maßgeschneiderte Schutzbrille aufgesetzt. Das Linsenmaterial ist ganz gewöhnlich – Polycarbonat, das vor direktem Laserlicht schützen kann. Da es zuvor noch niemanden gab, der spezielle Schutzbrillen für Vögel hergestellt hatte, war der Produktionsprozess ein Prozess von Versuch und Irrtum. Nach zahlreichen Versuchen gelang es den Wissenschaftlern schließlich, Dicke und Gewicht der Linsen auf das optimale Niveau zu bringen.

Speziell angepasste Schutzbrille Quelle: Dokument 1

Ursprünglich hatten die Wissenschaftler drei Papageien aus dem Pazifik dazu angeworben, die Schutzbrille zu tragen, aber nur einer passte sich an: Obi. Sie haben ihm mehrere Monate lang täglich frischen Brokkoli und Samen gegeben, bis er die Schutzbrille trug.

Bildnachweis: Eric Gutierrez

Nach so viel Aufwand wollten die Wissenschaftler natürlich nicht nur sehen, wie die Vögel beim Fliegen mit Schutzbrillen reagieren. Wäre der Zweck des Experiments wirklich so einfach, würden die Wissenschaftler vermutlich nicht einmal die beantragten Fördermittel erhalten. Was ist also der wahre Grund? Lesen wir weiter.

Obi fliegt mit Schutzbrille. Bildnachweis: Eric Gutierrez

Die Wahrheit über das Tragen von Schutzbrillen für Vögel

Wie bereits erwähnt, haben Schutzbrillen für Obi eine wichtige Funktion: Sie schützen vor Lasern. Zu helles Licht kann zu Augenschäden führen, ganz zu schweigen von der extrem hohen Energiedichte der Aurora. Wenn der Laser mit einer sehr kleinen Bestrahlungsfläche auf den Augapfel trifft, führt die hohe Energie zu einem starken Temperaturanstieg des Augengewebes und damit zu Verbrennungen des Augapfels. Selbst Vögel mit Nickhaut können Schäden durch direkte Laserbestrahlung der Augen nicht vermeiden.

Quelle des Trainingsprozesses: Eric Gutierrez

Warum also Laser verwenden? Da das von den Wissenschaftlern geplante Experiment den Einsatz von Lasern erforderte, gaben sie dem Versuchsobjekt Obi eine Schutzbrille. Die experimentelle Forschung befasst sich mit dem Problem der Wirbel und des Auftriebs, die durch das Flügelschlagen von Vögeln während des Fluges entstehen.

Quelle des Forschungsprinzipdiagramms: Referenz 1

Bei Starrflügelflugzeugen ist der Druck auf der unteren Flügeloberfläche höher als auf der oberen Flügeloberfläche. Unter dem Einfluss des Druckunterschieds zwischen der oberen und unteren Flügeloberfläche umgeht der Luftstrom auf der unteren Flügeloberfläche die Flügelspitze und strömt zur oberen Flügeloberfläche. Da die Luftströmung an der Flügelober- und -unterseite an der Hinterkante unterschiedliche Strömungsrichtungen aufweist, bildet sich ein Wirbel. Je mehr Auftrieb am Flügel erzeugt wird, desto stärker ist der Wirbel. Dies ist Wirbelauftrieb.

Generell ist es bei der Erforschung der Strömungsmechanik notwendig, die Veränderungsprozesse der Flüssigkeit zu beobachten und aufzuzeichnen. Wer die Flüssigkeitsveränderungen der Luft erfassen möchte, muss auf den Einsatz eines Lasers zurückgreifen.

Obi fliegt in Lasern. Bildnachweis: Eric Gutierrez

Doch Laser allein reichen nicht aus. Während Obis Flug muss eine Aerosolflüssigkeit in die Luft gesprüht werden, um eine Nebelschicht in der Luft zu simulieren, damit die Luftströmung dargestellt werden kann.

Wenn kein Aerosol vorhanden ist, dringt der Laser ohne Brechung oder Reflexion direkt in die Luft ein. Natürlich kann es die Veränderungen im Luftstrom nicht anzeigen und die Laserbestrahlung wäre vergeblich.

Obi fliegt im Nebel, die Veränderungen in der Flüssigkeit sind durch den Laser sichtbar

Bildnachweis: Eric Gutierrez

Sie können sehen, dass beim Flügelschlagen von Obi Wirbel entstehen, die den Wirbeln ähneln, die von Flugzeugen erzeugt werden.

Der Unterschied zwischen dem von Starrflügelflugzeugen erzeugten Wirbel und dem von Starrflügelflugzeugen erzeugten Wirbel besteht jedoch darin, dass ersterer instabiler ist als letzterer und augenblicklich „zerbricht“. Der Wirbel, der von einem Flugzeug erzeugt wird, bricht erst zusammen, wenn das Flugzeug weit wegfliegt, während der Wirbel eines Vogels nach weniger als drei Flügelschlägen zusammenbricht.

Offensichtlich sind die durch den Flügelschlag eines Vogels erzeugten Wirbel viel komplexer als die von einem Flugzeug erzeugten.

Der beim Flügelschlag entstehende Wirbel. Quelle: Referenz 1

Wenn wir die Änderungen in den Wirbeln kennen, die durch den Flügelschlag eines Vogels erzeugt werden, können wir mithilfe der kinematischen Gleichung des Flügels, des aerodynamischen Modells, der kinematischen Gleichung der Fluglage und der dynamischen Gleichung des Schwerpunkts ein Modell erstellen und dann den Auftrieb und den Luftwiderstand zu verschiedenen Zeitpunkten während des Flugvorgangs analysieren und schließlich verstehen, wie der Vogel mit den Flügeln schlägt, um stabil zu fliegen …

Natürlich handelt es sich hierbei nur um eine Idealsituation, denn der Wissenschaftler verstand die sich ändernden Regeln des Wirbels am Ende immer noch nicht (so einfach konnte es nicht sein). Er schlug lediglich eine Idee zur Lösung des Problems vor und versuchte, diese zu untersuchen, indem er dem Vogel eine Schutzbrille aufsetzte …

Mit zunehmender Reife der Wissenschaft und Technik werden wir jedoch vielleicht schon in naher Zukunft in der Lage sein, große Schlagflügelflugzeuge zu konstruieren.

Um das Problem beschlagener Schutzbrillen zu lösen, haben Wissenschaftler übrigens eine dünne Schicht Rasierschaum auf die Innenseite der Gläser aufgetragen. Es ist sehr nützlich. Vielleicht können Sie es an Ihrer Brille ausprobieren.

(Nützliches Wissen erhalten√

Quellen:

Gutierrez E, Quinn DB, Chin DD, et al. Auftriebsberechnungen auf der Grundlage anerkannter Nachlaufmodelle für den Tierflug sind inkonsistent und empfindlich gegenüber der Wirbeldynamik[J]. Bioinspiration & Biomimetik, 2016, 12(1): 016004.

https://qa.1r1g.cn/aviation/ask/1474861/

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BF%BC%E5%B0%96%E6%B8%A6%E6%B5%81

Autor: Su Chengyu

Produziert von: Science Popularization China

Hersteller: Computer Network Information Center, Chinesische Akademie der Wissenschaften