Перья «подстраивают» свои стебли для полета

Группа ученых под руководством Кристиана Лорана (Christian Laurent) из лаборатории наук о Земле и океане университета Саутхэмптона, изучила птичьи перья на наноуровне. Оказалось, что количество, пропорциональное распределение и относительная ориентация слоев стебля пера не являются постоянными, как думали раньше, а меняются в зависимости от стиля полета. Стержни перьев «сделаны» из многослойного волокнистого композитного материала — очень похожего на углеродные волокна — что позволяет перу изгибаться и скручиваться во время полета. Об этом рассказывает публикация в журнале Journal of the Royal Society Interface.

Исследователи тестировали свойства вещества перьев трех видов птиц с совершенно разными стилями полета: лебедя-шипуна (Cygnusolor), белоголового орлана (Haliaeetusleucocephalus) и серой куропатки (Perdixperdix).

«Мы исследовали формы стеблей и как они меняют форму в разных своих частях, чтобы переносить различные нагрузки. Затем мы поняли, что не имеем ни малейшего представления о том, насколько эластичен стебель, поэтому провели специальное исследование и по этому параметру», — рассказал Кристиан Лоран. В семидесятые годы было проведено одно-единственное исследование свойств перьев, но оно основывалось на предположении, что свойства материала перьев изотропичны (одинаковы во всех направлениях). Работа группы Лорана это опровергает.

«Наши исследования показали, что количество и относительная толщина слоев по окружности стебля пера и по его длине не постоянны, могут меняться, чтобы оптимальным образом справиться со нагрузками, возникающими в процессе полета, и зависят от вида и рода птицы и соответствующего стиля полета, — объяснил Лоран. — Теперь мы собираемся исследовать много стеблей перьев и ответить на целый ряд вопросов. Как возник первый полет? Первые полеты осуществлялись с деревьев вниз или же с земли вверх? Мог ли летать археоптерикс? Был ли археоптерикс первой летающей птицей? ».

В конечном итоге ученые рассчитывают полностью изучить и смоделировать функции стеблей перьев и связать их строение с особенностями полета и происхождением. Эти результаты могут быть очень полезны не только для палеонтологии, но и для инженерных наук. «Мы планируем предоставить результаты наших исследований всем, для кого интересны науки о материалах, например, строителям яхт и создателям пропеллеров для вертолетов. Наши результаты могут помочь создавать небольшие аппараты для полета, естественно, в тесном сотрудничестве с инженерами университета», — сказал Кристиан Лоран.

Стержни перьев (их еще называют стебли пера) возникли более 150 миллионов лет назад и с тех пор развились настолько, что стали одной из самых легких, сильных и устойчивых к усталости природных структур. Однако их структуру крайне редко исследовали, особенно с точки зрения механических свойств и уж точно никогда не изучали на наноуровне.

Фото превью: Joao Estevao Andrade de Freitas, Wikimedia Commons