Le battement latéral unique des colibris les fait passer à travers de petites ouvertures

La plupart des oiseaux qui volent à travers les forêts denses et feuillues ont une stratégie pour manœuvrer à travers les fenêtres étroites de la végétation : ils plient leurs ailes au niveau du poignet ou du coude et se frayent un chemin à travers.

Mais les colibris ne peuvent pas plier les os de leurs ailes pendant le vol, alors comment transitent-ils les espaces entre les feuilles et les branches emmêlées ?

Une étude publiée aujourd’hui dans le Journal de biologie expérimentale montre que les colibris ont développé leurs propres stratégies, deux d’entre elles en fait. Ces stratégies n’ont jamais été signalées auparavant, probablement parce que les hummers manœuvrent trop rapidement pour que l’œil humain puisse les voir.

Pour les espaces en forme de fente trop étroits pour s’adapter à leur envergure, ils se faufilent latéralement à travers la fente, battant continuellement leurs ailes pour ne pas perdre de hauteur.

Pour les trous plus petits – ou si les oiseaux sont déjà familiers avec ce qui les attend de l’autre côté – ils replient leurs ailes et passent à travers, reprenant leurs battements une fois dégagés.

“Pour nous, au début des expériences, le repli et le glissement auraient été la solution par défaut. Sinon, comment pourraient-ils s’en sortir ?” a déclaré Robert Dudley, professeur de biologie intégrative à l’Université de Californie à Berkeley et auteur principal de l’article. “Ce concept de mouvement latéral avec une confusion totale de la cinématique des ailes est assez étonnant : c’est une méthode nouvelle et inattendue de transit d’ouverture. Ils modifient l’amplitude des battements d’ailes afin qu’ils ne tombent pas verticalement lorsqu’ils fais le scooch latéral. ”

L’utilisation de la technique de déplacement latéral plus lente peut permettre aux oiseaux de mieux évaluer les obstacles et les vides à venir, réduisant ainsi le risque de collision.

“En savoir plus sur la manière dont les animaux franchissent les obstacles et autres éléments constitutifs de l’environnement, tels que les rafales de vent ou les régions turbulentes, peut améliorer notre compréhension globale de la locomotion animale dans des environnements complexes”, a noté le premier auteur Marc Badger, qui a obtenu son doctorat. .D de l’UC Berkeley en 2016.

“Nous ne savons pas encore grand-chose sur la façon dont le vol à travers le désordre pourrait être limité par des processus géométriques, aérodynamiques, sensoriels, métaboliques ou structurels. Même des limitations comportementales pourraient résulter d’effets à plus long terme, tels que l’usure du corps, comme suggéré par le changement dans la technique de négociation d’ouverture que nous avons observé dans notre étude. »

Comprendre les stratégies utilisées par les oiseaux pour manœuvrer dans un environnement encombré pourrait éventuellement aider les ingénieurs à concevoir des drones capables de mieux naviguer dans des environnements complexes, a-t-il noté.

“Les quadrirotors télécommandés actuels peuvent surpasser la plupart des oiseaux en espace ouvert dans la plupart des paramètres de performance. Alors, y a-t-il une raison de continuer à apprendre de la nature ?” dit Blaireau. “Oui. Je pense que cela dépend de la façon dont les animaux interagissent avec des environnements complexes. Si nous placions le cerveau d’un oiseau dans un quadrotor, l’oiseau cyborg ou un oiseau normal serait-il plus efficace pour voler à travers une forêt dense dans le vent ? Il peut y avoir de nombreux sens et avantages physiques du battement d’ailes dans des environnements turbulents ou encombrés.

Course d’obstacle

Pour découvrir comment les colibris – dans ce cas, quatre colibris locaux d’Anna (Calypte anna) – se glissent à travers de minuscules ouvertures, bien qu’ils soient incapables de replier leurs ailes, Badger et Dudley ont fait équipe avec Kathryn McClain, Ashley Smiley et Jessica Ye, étudiantes à l’Université de Berkeley.

“Nous avons installé une arène de vol à deux côtés et nous nous sommes demandé comment entraîner les oiseaux à voler à travers un espace de 16 centimètres carrés dans la cloison séparant les deux côtés”, a déclaré Badger, notant que les colibris ont une envergure d’environ 12 centimètres ( 4 3/4 pouces). “Ensuite, Kathryn a eu l’idée étonnante d’utiliser des récompenses alternées.”

L’équipe a placé des mangeoires en forme de fleur contenant une gorgée de solution sucrée des deux côtés de la cloison, mais n’a rempli les mangeoires à distance qu’après que l’oiseau ait visité la mangeoire opposée. Cela a encouragé les oiseaux à voler continuellement entre les deux mangeoires à travers l’ouverture.

Les chercheurs ont ensuite varié la forme de l’ouverture, d’ovale à circulaire, en hauteur, largeur et diamètre, de 12 cm à 6 cm, et ont filmé les manœuvres des oiseaux avec des caméras à grande vitesse. Badger a écrit un programme informatique pour suivre la position du bec et du bout des ailes de chaque oiseau à mesure qu’il s’approchait et passait par l’ouverture.

Ils ont découvert que lorsque les oiseaux s’approchaient de l’ouverture, ils planaient souvent brièvement pour l’évaluer avant de se déplacer latéralement, tendant une aile vers l’avant tout en balayant la deuxième aile vers l’arrière, battant leurs ailes pour supporter leur poids lorsqu’ils passaient à travers l’ouverture. Ils ont ensuite pivoté leurs ailes vers l’avant pour continuer leur chemin.

“Le fait est qu’ils doivent toujours maintenir le support de poids, qui provient des deux ailes, puis contrôler la poussée horizontale, qui la pousse vers l’avant. Et ils font cela avec l’aile droite et l’aile gauche faisant des choses très particulières, ” dit Dudley. “Encore une fois, ce n’est qu’un exemple supplémentaire de la façon dont, lorsque nous sommes poussés dans une situation expérimentale, nous pouvons obtenir des fonctionnalités de contrôle que nous ne voyons pas chez un colibri en vol stationnaire standard.”

Alternativement, les oiseaux ont balayé leurs ailes vers l’arrière et les ont épinglés à leur corps, tirant à travers le bec en premier, comme une balle, avant de balayer les ailes vers l’avant et de reprendre leur battement une fois en toute sécurité.

“Ils semblent utiliser la méthode la plus rapide, le passage balistique, lorsqu’ils se familiarisent davantage avec le système”, a déclaré Dudley.

Ce n’est qu’à l’approche des plus petites ouvertures, qui faisaient une demi-envergure d’aile, que les oiseaux recouraient automatiquement au repli et au vol plané, même s’ils n’étaient pas familiers avec la configuration.

L’équipe a souligné que seulement 8 % environ des oiseaux se sont coupés les ailes lorsqu’ils ont traversé la cloison, même si l’un d’entre eux a subi une collision majeure. Même alors, l’oiseau s’est rapidement rétabli avant de tenter à nouveau la manœuvre avec succès et de poursuivre son chemin.

“La capacité de choisir parmi plusieurs stratégies de négociation d’obstacles peut permettre aux animaux de se faufiler de manière fiable dans des espaces restreints et de se remettre de leurs erreurs”, a noté Badger.

Dudley espère mener d’autres expériences, peut-être avec une séquence d’ouvertures différentes, pour déterminer comment les oiseaux franchissent plusieurs obstacles.