Cada amanhecer em Las Cruces, Costa Rica, A equipe de campo de River Ingersoll entrou na selva para dar os toques finais em redes quase invisíveis. Um estudante de pós-graduação no laboratório de David Lentink, professor assistente de engenharia mecânica na Universidade de Stanford, Ingersoll precisava dessas redes delicadas para pegar, estude e solte os abundantes beija-flores e morcegos da região - os únicos dois vertebrados com a capacidade de pairar no lugar.

"Estamos realmente interessados ​​em como o vôo flutuante evoluiu, "disse Ingersoll." Morcegos néctar bebem de flores como os colibris fazem, portanto, queremos ver se há alguma semelhança ou diferença entre esses dois táxons diferentes. "

As redes de Ingersoll funcionaram, e ele acabou examinando mais de 100 beija-flores e morcegos individuais, cobrindo 17 espécies de beija-flores e três espécies de morcegos, durante seu estudo de campo, os resultados dos quais o grupo publicou em Avanços da Ciência .

Por meio de uma combinação de imagens de câmeras de alta velocidade e medições de força aerodinâmica, ele e seus colegas pesquisadores descobriram que os colibris e os morcegos flutuam de maneiras muito diferentes. No entanto, eles também descobriram que a flutuação dos morcegos néctares compartilha algumas semelhanças com a flutuação do colibri - que os morcegos frugívoros não compartilham. Isso sugere que eles desenvolveram um método diferente de pairar em comparação com outros morcegos para beber o néctar.

Além de aprender mais sobre morcegos e beija-flores, Lentink e outros podem aplicar o que aprenderam a problemas de engenharia, como projetar robôs voadores. Os engenheiros já criaram robôs inspirados em colibris e morcegos, mas não sabem qual das contrapartes naturais desses robôs sobrevoa com mais eficácia.

Observando cada pena

É simples imaginar como um animal voador se sustenta batendo as asas para baixo, mas, para evitar oscilações exageradas para cima e para baixo, animais pairando devem manter este suporte enquanto se movem para cima também. Beija-flores e morcegos realizam essa façanha girando suas asas para trás no movimento ascendente, continuamente empurrando o ar para baixo para mantê-los constantemente no ar.

"Se você olhar entre os vertebrados, existem dois que podem pairar de forma sustentada, "disse Lentink." Esses são colibris e morcegos néctar. E você encontrará ambos nos neotrópicos, como a Costa Rica. "

Para estudar esses assuntos, Ingersoll colaborou com um projeto de longa data de anilhamento de pássaros administrado por ecologistas de Stanford em Las Cruces. Pegando emprestado pássaros e morcegos de seu projeto, ele colocou cada animal em uma câmara de voo equipada com sensores de força aerodinâmica na parte superior e inferior da câmara - equipamento desenvolvido pelo laboratório de Lentink para medir mudanças extremamente pequenas na força vertical em 10, 000 vezes por segundo. Essas placas são tão sensíveis que capturaram as forças verticais produzidas por cada torção e vibração dos colibris que pesavam apenas 2,4 gramas.

Ao sincronizar essas medições de força com várias câmeras de alta velocidade gravando em 2, 000 quadros por segundo, os pesquisadores podiam isolar qualquer momento dos voos de seus sujeitos para ver como a sustentação que estavam gerando se relacionava com o formato de suas asas.

"Eu me sentava e esperava o beija-flor se alimentar da flor. Uma vez que estava se alimentando, Eu acionaria as câmeras e as medições de força e obteríamos quatro segundos de filmagem do colibri batendo as asas na flor, "disse Ingersoll.

Após seu curto período na câmara de vôo, Ingersoll devolveu os pássaros e morcegos ao local onde foram capturados e os soltou. Todo o processo demorou entre uma e três horas.

Diferentes maneiras de pairar

Os pesquisadores descobriram que os morcegos e colibris exerceram uma quantidade semelhante de energia em relação ao seu peso durante esses voos, mas que os colibris, morcegos frugívoros e morcegos néctares, todos pairando de maneiras muito diferentes. Os colibris pairavam de maneira aerodinamicamente mais eficiente do que os morcegos - os colibris geravam mais sustentação em relação ao arrasto. Ao comparar as formas das asas, os pesquisadores descobriram que essa eficiência é provável porque os colibris invertem suas asas com mais facilidade. Embora os morcegos lutassem para virar suas asas, eles exerceram uma quantidade comparável de energia porque têm asas maiores e golpes maiores.

Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que morcegos néctar, que se aproximam de flores como beija-flores, gerou mais força para cima quando as asas estavam levantando do que os morcegos frugívoros. Olhando para a forma de suas asas, os pesquisadores descobriram que os morcegos néctares podem torcer suas asas muito mais do que os morcegos frugívoros no movimento ascendente. Portanto, a forma flutuante dos morcegos néctar é como uma mistura de morcegos frugívoros e beija-flores pairando.

The researchers plan to build on these findings as part of their work on flapping robots and drones but Lentink also sees potential for more work beyond the lab.

"When Rivers proposed to do this study in Costa Rica, a field study was something I'd never hoped for. Agora, he really inspired me, " said Lentink. "There are about 10, 000 species of birds and most of them have never been studied. It sounds like too big a study to embark on but that's what I dream about."