鳥用のゴーグル？科学者は忙しすぎるのでしょうか?

自然界では、鳥はゴーグルを着用していません。彼らの目には瞬膜と呼ばれる器官があり、それが「第三のまぶた」として高速飛行中に眼球を保護するため、飛行中に風や砂から身を守るための追加の装備は必要ありません。

半透明の層は瞬膜です。画像ソース: pinterest

しかし今日は、鳥の瞬膜ではなく、実際にゴーグルを着けている鳥を紹介します。もちろん、この眼鏡は鳥自身が着用しているわけではなく、科学者が装着するものである。

なぜ科学者はゴーグルを与えるのでしょうか?鳥には瞬膜があるので、ゴーグルを着用することは鳥自身の能力を軽視することではないでしょうか?真実を知りたいなら、読み続けてください!

鳥にゴーグルを着用させるにはどうすればいいですか?

科学者たちがゴーグルを装着した鳥は、スタンフォード大学に生息するオウム科（Forpus coelestis）の「オビ」という鳥です。

ゴーグルを着けたオウムの写真提供: エリック・グティエレス

科学者たちは、3Dプリントされたカスタムゴーグルを装着しました。レンズの素材はごく普通のポリカーボネートで、直接レーザー光からレンズを保護できます。これまで鳥専用のゴーグルを作った人は誰もいなかったので、製作は試行錯誤の連続でした。多くの試行錯誤の末、科学者たちはついにレンズの厚さと重さを最も適切なレベルにまで達させました。

特別にカスタマイズされたゴーグル 出典: 文書 1

科学者たちは当初、ゴーグルを着用させるために3羽の太平洋オウムを募集したが、適応したのはオビという1羽だけだった。彼にゴーグルを着用させるまでに、毎日新鮮なブロッコリーと種子を与え続けるという作業を数か月間要した。

画像クレジット: エリック・グティエレス

科学者たちは、多大な努力を費やした後、ゴーグルをつけて飛んだ鳥がどのような反応を示すかだけを見たいわけではないことは確かだ。もし実験の目的が本当にそれほど単純なものなら、科学者たちはおそらく申請した資金さえ得られなかっただろう。では本当の理由は何でしょうか?読み続けましょう。

ゴーグルをつけて飛ぶ帯。画像クレジット: エリック・グティエレス

鳥用ゴーグルの着用に関する真実

前述のように、ゴーグルは Obi にとってレーザーからの保護という重要な機能を持っています。オーロラのエネルギー密度は極めて高いため、明るすぎる光は目にダメージを与える可能性があります。レーザーが極めて狭い照射面積で眼球に当たると、高エネルギーにより眼組織の温度が急激に上昇し、眼球に火傷を引き起こします。瞬膜を持つ鳥であっても、レーザーが目に直接当たることによる損傷を避けることはできません。

トレーニングプロセスの出典: Eric Gutierrez

では、なぜレーザーを使用するのでしょうか?科学者たちが行おうとしていた実験にはレーザーの使用が必要だったため、彼らは被験者のオビにゴーグルを与えた。この実験研究は、飛行中に鳥が羽ばたくことによって発生する渦と揚力の問題についてです。

研究原理図出典：参考文献1

固定翼航空機の場合、下翼面の圧力は上翼面の圧力よりも高くなります。翼の上部と下部の圧力差の影響により、翼下部の空気の流れは翼端を迂回して翼の上部へ流れます。翼の上部表面と下部表面の気流は後縁で流れの方向が異なるため、渦が形成されます。翼に発生する揚力が大きければ大きいほど、渦は強くなります。これが渦揚力です。

一般的に、流体力学の研究を行う場合、流体の変化過程を観察し記録する必要があります。空気の流体変化を記録したい場合は、レーザーを使用する必要があります。

レーザーで飛ぶオビ。画像クレジット: エリック・グティエレス

しかし、レーザーだけでは不十分で、オビの飛行中にエアロゾル液を空中に噴霧して、空気中の霧の層をシミュレートし、空気の流れを表現できなければなりません。

エアロゾルがない場合、レーザーは屈折や反射を起こさずに直接空気を透過します。当然、空気の流れの変化は表示できず、レーザー照射は無駄になってしまいます。

霧の中を飛ぶ帯、液体の変化はレーザーを通して見ることができます

画像クレジット: エリック・グティエレス

オビが羽ばたくと、飛行機が作る渦に似た渦が作られるのがわかります。

しかし、固定翼航空機によって発生する渦と固定翼航空機によって発生する渦の違いは、前者は後者よりも不安定であり、一瞬で「壊れる」という点です。飛行機によって生成された渦は、飛行機が遠くまで飛ぶまで消えませんが、鳥の渦は、3回も羽ばたかないうちに消えてしまいます。

明らかに、鳥の羽ばたきによって生成される渦は、飛行機によって生成される渦よりもはるかに複雑です。

羽ばたき時に発生する渦 出典：文献1

鳥の羽ばたきによって生成される渦の変化を知ることで、翼の運動方程式、空気力学モデル、姿勢の運動方程式、および質量中心の動力学方程式を通じてモデルを構築し、飛行プロセスのさまざまな瞬間の揚力と抗力を分析して、最終的に鳥がどのように羽ばたいて安定して飛ぶのかを理解できます...

もちろん、これは単なる理想的な状況です。なぜなら、科学者は結局、渦の変化するルールを理解していなかったからです (それほど単純なことではないはずです)。彼は単に問題を解決するためのアイデアを提案し、鳥にゴーグルを装着してそれを研究しようとしたのです...

しかし、科学技術が成熟すれば、近い将来、大型の羽ばたき翼の航空機を設計できるようになるかもしれません。

ちなみに、ゴーグルの曇りの問題を解決するために、科学者たちはレンズの内側にシェービングクリームを薄く塗りました。とても便利です。メガネに試してみてもいいかもしれません。

（得られた有用な知識√

参考文献:

Gutierrez E、Quinn DB、Chin DD、他動物の飛行に関する一般的な後流モデルに基づく揚力計算は一貫性がなく、渦の力学に敏感である[J]。バイオインスピレーション＆バイオミメティクス、2016年、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

著者: 蘇成宇

制作：中国科学普及協会

制作者: 中国科学院コンピュータネットワーク情報センター