Every owl fancier has a story of the first time they heard an owl-or, rather, didn’t hear one. É inesquecível ver um pássaro enorme, cuja envergadura pode alcançar mais de 1,80 m, escorregando pelo ar sem sequer um sussurro.
o primeiro encontro próximo de Justin Jaworski ocorreu em uma exposição aérea na Fundação Raptor, perto de Cambridge, Inglaterra. “Eles treinaram as corujas para voar muito perto do público”, diz ele. “A minha primeira experiência foi evitar uma colisão. Só ouvi um pequeno barulho depois de passar.”
medições laboratoriais mostraram que o ligeiro swoosh feito por uma coruja de celeiro está abaixo do limiar da audição humana até que a coruja está a cerca de três pés de distância — uma façanha de furtividade que biólogos e engenheiros estão longe de ser completamente compreensivos. Mas pesquisadores de ambas as disciplinas estão trabalhando para resolver o enigma do voo silencioso — alguns com o objetivo de projetar fãs mais silenciosos, lâminas de turbina e asas de avião.
uma grande coruja cinzenta (Strix nebulosa) encontra um poleiro no Engenheiro Justin Jaworski.
CRÉDITO: JUSTIN JAWORSKI
Tais coruja-inspirado inovações pode reduzir o ruído em até 10 decibéis, semelhante à diferença de som entre a passagem de um caminhão e um carro passando, Jaworski e Nigel Peake escrever em uma visão geral, em 2020 Anual de Revisão de Mecânica dos Fluidos.Jaworski, um engenheiro da Universidade Lehigh na Pensilvânia, dificilmente é o primeiro cientista a ser cativado pelo quebra-cabeça do voo Silencioso Da Coruja. Em 1934, Robert Rule Graham — um piloto britânico e conhecedor de aves-chamou a atenção para três estruturas em asas de coruja que poderiam explicar o silêncio das corujas.Mais de 80 anos depois, seu” paradigma dos três traços”, como Christopher Clark chama, ainda é citado em muitos artigos sobre asas de coruja. “Ele claramente conhecia as aves muito bem, e era um engenheiro aeronáutico”, diz Clark, um ornitólogo da Universidade da Califórnia, Riverside. “A ciência era diferente nos anos 30. na nossa era de especialização, não se consegue essa combinação.”
First, Graham pointed out an unusual structure called the “comb,” which literally looks like a comb projecting forward from the wing’s leading edge. Em segundo lugar, ele observou que a maior parte da asa da coruja é coberta com uma camada suave de penas aveludadas. Finalmente, ele observou que as penas na borda da asa formam uma franja esfarrapada.A maioria dos pesquisadores ainda concorda que o pente, o veludo e a franja se combinam de alguma forma para reduzir o ruído, mas a coruja pode ter mais truques na manga. “Quando tudo estiver dito e feito, acho que teremos uma série de mecanismos, incluindo o de Graham”, diz Clark.Para explicar como uma coruja suprime o ruído, ajudaria a identificar de onde vem o ruído. Para um avião que vem para uma pouso, uma grande parte do ruído vem não dos motores, mas do fluxo de ar em torno do avião, especialmente o som produzido na borda de trilha das asas. O ar turbulento que passa pelas bordas expostas das asas traduz-se no rugido aborrecido que se ouve quando o avião voa por cima.
pesquisadores treinaram uma coruja da Flórida barrada (Strix varia alleni) para voar através de uma sala de gravação especial. As corujas Planadas geraram muito pouco som na gama de audição humana (as pessoas podem ouvir sons acima da linha tracejada). Os sons de baixa frequência feitos pelo voo da coruja são inaudíveis, independentemente da distância. Os humanos podem ouvir barulho de voo nas frequências de médio alcance quando a coruja está entre um e três metros de distância. Asas e penas de coruja são especialmente boas em amortecer sons de alta frequência, que só pode ser ouvido se uma pessoa está de pé dentro de um metro do ruído.
uma forma de reduzir este ruído seria tornar a borda de trilho da asa menos dura, mais porosa e mais flexível. Esta pode ser a função das franjas esfarrapadas da asa da coruja. Jaworski e Peake calcularam matematicamente como engenheiros poderiam usar tal porosidade e elasticidade para reduzir o ruído, e como quantificar esse din diminuído.
estes cálculos são suportados por experimentos de túnel de vento: uma variedade de materiais porosos diminuem o ruído. O trabalho de Thomas Geyer na Universidade de tecnologia de Brandemburgo, na Alemanha, descobriu que uma asa poroelástica do tamanho de uma coruja pode ser cerca de 2 a 5 decibéis mais silenciosa do que uma asa regular.No entanto, diz Geyer, o material poroso direito é crucial; nos testes do túnel de vento, alguns materiais realmente aumentaram o ruído de alta frequência. Medições de corujas em voo mostram que suas asas silenciam somente frequências superiores a 1.600 hertz (em um piano, duas oitavas e meia acima do C médio). Uma vez que é mais ou menos aqui que começa a audição de roedores, é o intervalo que uma coruja mais beneficiaria de suprimir enquanto caça por uma refeição.Jaworski e Ian Clark (sem relação com Christopher) do Langley Research Center da NASA tentaram imitar o veludo da coruja, cobrindo um aerofólio padrão com vários tipos de tecido. “O tecido vencedor foi um véu de casamento”, diz Jaworski. No entanto, pode não ser necessário doar os seus acessórios nupciais para a ciência, porque os investigadores obtiveram ainda melhores resultados, anexando minúsculos “barbatanas” impressas em plástico 3-D às lâminas de uma turbina eólica.
pesquisas sugerem que as asas de coruja têm três características que contribuem para o seu voo silencioso.: uma estrutura “comb” (apenas visível na parte superior direita da asa), bordas de trilho (visíveis ao longo da parte inferior da asa) e um material aveludado que cobre grande parte da parte superior esquerda da asa. A estrutura de pente de uma amostra diferente é mostrada de perto no fundo.
crédito: THOMAS GEYER
“ao longo de uma certa faixa de frequência, vimos uma redução de ruído de 10 decibéis”, diz Jaworski. “Isso pode não parecer muito, mas na acústica do ar, engenheiros lutam por dois ou três decibéis. Dez decibéis são metade barulhentos. É uma grande mudança para qualquer tecnologia.”Siemens, um fabricante de turbinas eólicas, aparentemente tem estado a ouvir, e recentemente revelou a sua segunda geração de turbinas “Dino Tail” que têm combs diretamente inspirados pela asa coruja.Apesar das asas da coruja estarem fornecendo novos insights sobre redução de ruído para a engenharia aeronáutica, os engenheiros tiveram menos sucesso descrevendo a física do voo da coruja. De acordo com o ornitólogo Clark, Os engenheiros podem nem ter identificado a fonte mais importante de ruído na aviação coruja.Se você está tentando construir uma coruja, em vez de uma turbina eólica ou um avião, você vai notar várias diferenças. As corujas têm penas; os aviões não. as corujas batem as asas; os aviões não. há uma boa razão para que os engenheiros aeronáuticos prefiram as asas estacionárias, sólidas, a bater, com penas: elas são mais fáceis de entender.
mas se você é um biólogo, ignorar bater palmas é ignorar um ingrediente fundamental no vôo das aves, diz Clark. Como asas de pássaro flap eles mudam de forma, e como eles mudam de forma as penas esfregam-se uns contra os outros, causando barulho. Este ruído é friccional, não aerodinâmico, produzido pelo contato de sólido contra sólido.
na visão de Clark, o propósito do veludo da coruja e das franjas é reduzir o ruído de fricção entre as penas enquanto batem. Clark admite que seu argumento seria discutível se corujas deslizou, enquanto a caça, mas o vídeo a evidência mostra que não: Eles flap quando tirar, eles flap quando pouso e até a aba de quando “correndo” para a presa.
cientistas que procuram entender por que o vôo da coruja difere de outras aves estudaram os padrões de turbulência deixados em seu rastro. Aqui, vórtices rodopiam atrás de uma coruja com chifres animados por computador, criada por Roi Gurka e Elias Balaras usando dados recolhidos de experimentos em túneis de vento. Vermelho e azul indicam vórtices girando em direções opostas. Em comparação com outras aves, como as sandpipers e os estorninhos europeus, os vórtices da coruja são pequenos e desorganizados, e não seguem muito atrás da coruja. O mecanismo pelo qual a coruja suprime estes vórtices ainda não é compreendido.
crédito: ROI GURKA
e as franjas não estão apenas na borda de trilha da asa, onde a teoria aerodinâmica prevê que eles tenham o maior benefício de redução de ruído. As franjas também existem nas bordas principais das penas, onde elas não afetam o ruído aerodinâmico, bem como em algumas penas que não são sequer expostas ao fluxo de ar. Isto sugere que seu propósito não é aerodinâmico.Clark diz que podemos estar a fazer a pergunta para trás. Em vez de perguntarmos porque é que as corujas são tão silenciosas, devíamos perguntar porque é que os outros pássaros são tão barulhentos. A resposta é penas. “As penas são estruturas incríveis, e provavelmente a razão pela qual as aves são tão bem sucedidas”, diz Clark. Mas eles vêm com um custo evolutivo: “se você vai construir uma asa a partir de penas, eles vão produzir um som friccional.”Para se tornarem caçadores silenciosos, as corujas desenvolveram adaptações especiais que reduzem esta desvantagem.As corujas não são o único tipo de ave que resolveu este problema. Algumas espécies de frogmouths australianos desenvolveram independentemente as mesmas adaptações. Estas aves também são carnívoras e têm asas que são macias e fofas com pentes e franjas esfarrapadas. No tempo de Graham, as pessoas assumiram que os frogmouths estavam intimamente relacionados com corujas, mas a análise genômica provou que eles não estão. Embora menos estudadas que as corujas, elas também são panfletos silenciosos.
“a evolução muitas vezes toma um caminho peculiar”, diz Clark. “Uma maneira que você pode ter em conta os princípios mecânicos subjacentes, e distingui-los das peculiaridades, é com a evolução convergente.”Quando dois animais não relacionados têm a mesma adaptação, sugere que a característica confere um benefício — neste caso, stealth.
Atualmente, existem duas maneiras de entender o voo da coruja: uma visão de engenharia informada pelas equações do movimento fluido e experimentos do túnel de vento, e uma visão biológica baseada na anatomia, comportamento e genômica. Uma história verdadeiramente integrada irá provavelmente exigir ambos. Até os engenheiros percebem que estudos idealizados baseados em asas rígidas e sem penas não são suficientes. É bem possível que a coruja use suas penas e pequenos ajustes de forma da asa ativamente, ao invés de passivamente, para manipular o fluxo de ar. Os engenheiros não estão nem perto de entender este processo, que abrange várias escalas de tamanho, desde as barbas das penas até as penas individuais, até toda a asa.
“o que falta para nós é o ponto de vista microscópico”, diz Roi Gurka, da Universidade da Carolina do Sul, cujas experiências com corujas voadoras levaram a belas simulações computacionais do campo de fluxo em torno de uma asa de coruja batendo. “Eu entendo a asa”, diz ele, mas entender o papel que a morfologia das penas individuais desempenha na redução do ruído é outra questão.Enquanto os cientistas debatem, a coruja-das-chaminés continuará a voar como sempre tem: o seu rosto tão redondo e imperturbável como a lua, as suas orelhas treinadas na próxima refeição e as suas penas a pisar suavemente no ar.