Bremsen in der Luft, um der Sicherheit Vorrang vor Energie oder Geschwindigkeit zu geben

Forscher der University of Oxford haben herausgefunden, dass Falken ihren Flug kontrollieren, um beim Sitzen die sichersten Landebedingungen zu gewährleisten, auch wenn dies länger und energieaufwändiger ist. Zu verstehen, wie Vögel ihre Landemanöver durch Lernen optimieren, kann bei der Entwicklung kleiner Flugzeuge helfen, die wie Vögel sitzen können.

In neuen Forschungsergebnissen, veröffentlicht in Naturwurden vier Harris-Falken mit winzigen retroreflektierenden Markierungen verfolgt, die zwischen zwei Sitzstangen hin und her flogen. Ihre präzisen Bewegungen wurden von 20 im Raum verteilten Motion-Capture-Kameras aufgezeichnet, sodass das Forschungsteam ihre Flugwege auf über 1.500 Flügen rekonstruieren konnte. Das Forschungsteam verwendete dann Computersimulationen, um zu verstehen, warum die Vögel ihren speziellen Weg zur Sitzstange wählten.

Flugzeuge haben den Luxus, nach der Landung eine Landebahn zum Bremsen zu benutzen, um die Geschwindigkeit zu reduzieren. Im Gegensatz dazu müssen Vögel bremsen, bevor sie die Sitzstange erreichen – wenn sie jedoch während des Flugs auf eine sichere Geschwindigkeit verlangsamt werden, besteht die Gefahr, dass sie ins Stocken geraten, was zu einem plötzlichen Verlust der Flugkontrolle führt. Die Forscher entdeckten, dass die Falken einer Flugbahn folgen, die sie auf eine sichere Geschwindigkeit verlangsamt, aber die Entfernung von der Stange, an der sie stehen bleiben, minimiert.

Um den Strömungsabriss zu minimieren, tauchten die Falken beim Flattern nach unten, bevor sie ihre Flügel in eine Gleithaltung ausbreiteten, als sie auf die Stange zuflogen. Durch die Auswahl genau der richtigen Geschwindigkeit und Position, um auf die Sitzstange zu steigen, befanden sich die Vögel bereits in Greifweite der Sitzstange, als sie ins Stocken gerieten, wodurch ihre Landungen so sicher und kontrollierbar wie möglich blieben.

Co-Hauptautorin Dr. Lydia France vom Fachbereich Biologie der Universität Oxford sagte: „Wir haben festgestellt, dass unsere Vögel weder die aufgewendete Zeit noch die aufgewendete Energie optimierten, sodass ihre Flugbahnen weder die kürzesten noch die billigsten Optionen waren, um von A zu B. Stattdessen verringerten unsere Vögel den Abstand von der Sitzstange, an der sie ins Stocken gerieten, und waren sogar besser darin, das Abwürgen zu begrenzen als unser vereinfachtes Computermodell.‘

„Die drei Jungvögel flogen während der ersten paar Flüge ihrer Eingewöhnungsphase direkt zwischen den Sitzstangen durch Schlagen, nahmen aber bald das indirekte Sturzflugverhalten an, das für erfahrene Vögel charakteristisch ist“, erklärte Co-Hauptautor Dr. Marco KleinHeerenbrink, Institut für Biologie, Universität von Oxford.

Die Landung ist ein kritisches Manöver, und das Abwürgen war die Ursache vieler Flugzeugunfälle. Vögel zu betrachten und zu fragen, wie sie das Problem der sicheren Landung lösen, könnte uns helfen, neue bioinspirierte Designlösungen für unsere eigenen Technologien zu finden, einschließlich kleiner Flugzeuge, die wie Vögel sitzen können.

Zu verstehen, wie Vögel komplexe motorische Aufgaben wie das Landen lernen, könnte auch zur Verbesserung der künstlichen Intelligenz (KI) beitragen. Wenn Flugzeugingenieure Computer verwenden, um das Problem des Sitzens mit einem Trial-and-Error-Ansatz zu lösen, um die Daten zu verfeinern, kann es Zehnhunderte von Stunden dauern, bis eine Antwort gefunden wird. Falken finden jedoch über eine Handvoll Flüge hinweg eine optimierte Lösung, was die Lücke zeigt, die immer noch zwischen natürlicher und künstlicher Intelligenz besteht.

„Die Bewegungserfassungstechnologie hat es uns ermöglicht, Tausende von Flügen gleichzeitig zu analysieren und Fragen zu beantworten, die wir vorher nie hätten lösen können. Mit Blick auf die Zukunft eröffnet dies die verlockende Möglichkeit, zu verstehen, wie Tiere komplexe motorische Aufgaben wie das Fliegenlernen lernen, und zu revolutionieren, wie Robotersysteme dasselbe tun können“, sagte der leitende Autor Professor Graham Taylor.