すべてのフクロウ愛好家は、彼らがフクロウを初めて聞いたという話を持っています—または、むしろ、それを聞いていませんでした。 翼幅が6フィート以上に達し、ささやきもなく空気を滑り落ちる巨大な鳥を見るのは忘れられないことです。
ジャスティン・ジャウォルスキーの最初の接近は、イギリスのケンブリッジ近郊のラプター財団で開催された飛行展示会で行われた。 「彼らはフクロウを訓練して観客の近くを飛ぶようにしました」と彼は言います。 “私の最初の経験は、衝突を避けるためにダッキングでした。 それが通過した後、私は非常にわずかなswooshだけを聞いた。”
実験室での測定では、フクロウが約3フィート離れているまで、納屋のフクロウによって行われたわずかなswooshは人間の聴覚の閾値を下回っていることが示されています—生物学者やエンジニアが完全に理解することはほど遠いステルスの偉業です。 しかし、両方の分野の研究者は、静かなファン、タービンブレード、飛行機の翼を設計する目的で、静かな飛行の謎を解決するために取り組んでいます。
グレートグレイフクロウ（Strix nebulosa）は、エンジニアJustin Jaworskiにパーチを見つけます。
クレジット：ジャスティン-ジャウォルスキ
このようなowlに触発された革新は、通り過ぎるトラックと通り過ぎる車の間の騒音の違いと同様に、10デシベルもの騒音を減らすことができます、JaworskiとNigel Peakeは、2020Annual Review of Fluid Mechanicsの概要で書いています。
Go gentle
ペンシルベニア州のリーハイ大学のエンジニアであるJaworskiは、silent owl flightのパズルに魅了された最初の科学者ではありません。 1934年、イギリスのパイロットで鳥の愛好家であるロバート—ルール—グラハムは、フクロウの沈黙を説明するかもしれないフクロウの翼の三つの構造に注意を呼びかけた。
80年以上後、彼の”three traits paradigm”は、クリストファー-クラークがそれを呼んでいるように、フクロウの翼に関する多くの論文でまだ引用されています。 “彼は明らかに鳥を非常によく知っていた、と彼は航空技術者だった、”クラーク、カリフォルニア大学リバーサイドの鳥類学者は述べています。 “科学は1930年代とは違っていましたが、私たちの専門化の時代には、その組み合わせは得られません。”
まず、グラハムは文字通り翼の前縁から前方に突出した櫛のように見える”櫛”と呼ばれる珍しい構造を指摘した。 第二に、彼はフクロウの翼のほとんどがビロードのような羽の柔らかい層で覆われていることに注意しました。 最後に、彼は翼の後縁の羽が不規則なフリンジを形成することを観察した。
ほとんどの研究者は、櫛、ベルベット、フリンジが何らかの形で結合して騒音を低減することにまだ同意していますが、フクロウは袖の上にもっとトリックを持っているかもしれません。 “すべてが言われ、行われたとき、私たちはグラハムのを含むメカニズムの数を、持っていると思う、”クラーク氏は述べています。
フクロウがどのようにノイズを抑制するかを説明するために、そもそもノイズがどこから来ているのかを特定するのに役立ちます。 着陸のために来る飛行機のために、騒音の大部分はエンジンからではなく、飛行機の周りの空気の流れ、特に翼の後縁で生成される音から来ます。 翼の露出したエッジを過ぎて急いで乱流の空気は、飛行機がオーバーヘッドを飛ぶようにあなたが聞く鈍い轟音に変換されます。
研究者は、特別な記録室を飛ぶためにフロリダ禁止フクロウ（Strix varia alleni）を訓練しました。 滑空するフクロウは、人間の聴覚の範囲ではほとんど音を発生させませんでした（人々は破線の上の音を聞くことができます）。 フクロウの飛行によって作られた低周波音は、距離に関係なく聞こえません。 人間は、フクロウが1〜3メートル離れているときに、ミッドレンジの周波数で飛行騒音を聞くことができます。 フクロウの翼と羽は、人が騒音のメートル以内に立っている場合にのみ聞こえる高周波音を減衰させるのに特に優れています。
この騒音を低減する1つの方法は、翼の後縁をより硬く、より多孔性で、より柔軟にすることであろう。 これは、フクロウの翼の不規則な縞の機能である可能性があります。 JaworskiとPeakeは、エンジニアがノイズを減らすためにそのような多孔性と弾性をどのように使用するか、そしてその減少したdinを定量化する方法を数学的
これらの計算は風洞実験によって支持されています：様々な多孔質材料が騒音をダイヤルダウンしています。 ドイツのブランデンブルク工科大学のThomas Geyerによる研究では、フクロウの大きさのポロ弾性翼は、通常の翼よりも約2-5デシベル静かであることがわか
しかし、Geyer氏によると、適切な多孔質材料が重要であり、風洞試験では、いくつかの材料が実際に高周波ノイズを増加させたという。 飛行中のフクロウの測定は、彼らの翼が1,600ヘルツ（ピアノでは、中央C以上の二オクターブ半）よりも高い周波数のみをミュートすることを示しています。 これはおおよそげっ歯類の聴力の範囲が始まる場所であるため、フクロウが食事のために狩りをするときに抑制することから最も利益を得る範
NASAのLangley Research CenterのJaworskiとIan Clark(Christopherとは関係ない)は、様々な種類の布で標準翼を覆うことによってフクロウのベルベットを模倣しようとした。 “受賞したテキスタイルは結婚式のベールでした”とJaworski氏は言います。 しかし、研究者は、風力タービンのブレードに小さなプラスチック3-D印刷された”finlets”を取り付けることによってさらに良い結果を得たので、科学にあなたの婚
研究は、フクロウの翼が彼らの静かな飛行に貢献する3つの特徴を持っていることを示唆しています: “櫛”構造（翼の右上に見えるだけ）、不規則な後縁（翼の底に沿って見える）、翼の左上の多くを覆うビロードのような材料。 別の標本からの櫛の構造は下でクローズアップ示されています。
クレジット：トーマス-ガイヤー
“特定の周波数範囲では、10デシベルのノイズ低減が見られました”とJaworski氏は言います。 “それは多くのように聞こえるかもしれませんが、空気音響では、エンジニアは二、三デシベルの上に戦います。 十デシベルは半分の騒々しいです。 それはあらゆる技術のための大きい変更である。”シーメンス、風力タービンのメーカーは、明らかに聞いてきた、と最近、直接フクロウの翼に触発櫛を持っているその第二世代の”ディノテール”タービンを発表しました。
Feathery enigma
フクロウの翼は航空工学の騒音低減に関する新しい洞察を提供していますが、エンジニアはフクロウの飛行の物理学を記述することはあまり成功していませんでした。 鳥類学者Clarkによると、技術者はowl航空における最も重要な騒音源を特定していないかもしれません。
風力タービンや飛行機ではなく、フクロウを作ろうとしているなら、いくつかの違いに気づくでしょう。 航空技術者が羽ばたき、羽のようなものよりも静止した、固体の翼を好む正当な理由があります：彼らは理解しやすいです。
しかし、もしあなたが生物学者ならば、羽ばたきを無視することは鳥の飛行の基本的な成分を無視することだ、とクラークは言う。 鳥の羽が羽ばたくと形が変わり、形が変わると羽が互いに擦れ合い、騒音が発生します。 この騒音は、固体と固体との接触によって生成される摩擦であり、空力ではない。
クラークの見解では、フクロウのベルベットとフリンジの目的は羽ばたき中の羽の間の摩擦騒音を低減することである。 クラークは、フクロウが狩猟中に滑空した場合、彼の議論は議論の余地があるだろうと認めているが、ビデオ証拠は、彼らがしないことを示しています：彼ら
フクロウの飛行が他の鳥となぜ異なるのかを理解しようとする科学者たちは、彼らの後に残された乱流パターンを研究してきました。 ここでは、風洞実験から収集されたデータを使用してRoi GurkaとElias Balarasによって作成されたコンピュータアニメーションの大きな角のあるフクロウの後ろに渦が渦 赤と青は、反対方向に回転する渦を示しています。 このようなサンドパイパーやヨーロッパムクドリなどの他の鳥と比較して、フクロウの渦は小さく、混乱しており、フクロウの後ろに非常に遠くにトレイル フクロウがこれらの渦を抑制するメカニズムはまだ理解されていない。
そして、フリンジは翼の後縁にあるだけでなく、空力理論はそれらが最大の騒音低減の利点を有すると予測するであろう。 フリンジは、空気力学的騒音に影響を与えない羽の前縁にも存在し、気流にさらされていないいくつかの羽にも存在します。 これは、彼らの目的が空力的ではないことを示唆している。
クラークは、我々は後方に質問をしている可能性があると言います。 なぜフクロウがとても静かなのかを尋ねるのではなく、なぜ他の鳥がとても騒々しいのかを尋ねるべきです。 答えは羽です。 “羽は驚くべき構造であり、おそらく鳥がとても成功している理由です”とクラークは言います。 しかし、彼らは進化のコストが付属しています：”あなたが羽から翼を構築しようとしている場合、彼らは摩擦音を生成しようとしています。”サイレントハンターになるために、フクロウはこの欠点を減らす特別な適応を進化させました。
この問題を解決したのはフクロウだけではありません。 オーストラリアのカエルのいくつかの種マウスは、独立して同じ適応を開発しました。 これらの鳥はまた肉食性であり、櫛とぼろぼろの縞で柔らかくふわふわした翼を持っています。 グラハムの時代には、人々はカエルマウスがフクロウと密接に関連していると仮定しましたが、ゲノム分析はそうではないことを証明しています。 フクロウよりも研究されていませんが、彼らはあまりにも静かなチラシです。
“進化はしばしば風変わりな道を取る”とクラークは言う。 「基礎となる機械的原理について家に帰ることができ、癖から離れてそれらを伝えることができる一つの方法は、収束進化です。「2つの無関係な動物が同じ適応を持っているとき、それはその機能が利益を与えることを示唆しています—この場合、ステルス。
現在、フクロウの飛行を理解するには、流体運動と風洞実験の方程式によって知らされる工学的見解と、解剖学、行動、ゲノミクスに基づく生物学的見解 本当に統合された物語は、おそらく両方が必要になります。 エンジニアでさえ、剛性のない翼に基づく理想化された研究では十分ではないことを認識しています。 フクロウが羽と翼の小さな形状調整を受動的にではなく積極的に使用して気流を操作する可能性はかなりあります。 エンジニアは、羽の棘から個々の羽、翼全体に至るまで、いくつかのサイズのスケールにまたがるこのプロセスを理解することにさえ近くありません。
“私たちに欠けているのは微視的な視点です”とサウスカロライナ州のCoastal Carolina大学のRoi Gurka氏は述べています。 「私は翼を理解しています」と彼は言いますが、個々の羽の形態が騒音低減に果たす役割を理解することは別の問題です。
科学者たちが議論している間、納屋のフクロウはいつものように飛行し続けます：その顔は月のように丸くて動かない、その耳は次の食事で訓練され、そ