Les travaux pourraient aider les chercheurs à améliorer les algorithmes de contrôle robotique et les prothèses pour les humains, et ils donnent également un aperçu de la façon dont les chauves-souris ont évolué pour si bien manœuvrer dans les airs. Au-delà de cela, les résultats offrent une nouvelle appréciation de la spécialisation des pattes et des ailes des chauves-souris et de la manière dont elles fonctionnent de concert pour permettre cette stratégie d'atterrissage unique.
La recherche est publiée dans le Journal of the Royal Society Interface.
"L'atterrissage est un problème très difficile en général, surtout lorsqu'un animal a des ailes au lieu de pattes, mais les chauves-souris ont développé une manière très élégante de le gérer", a déclaré Kenneth Breuer, professeur adjoint d'ingénierie et co-auteur correspondant de l'article.
L'atterrissage est particulièrement délicat pour les chauves-souris car leur vol est très maniable. Ils peuvent effectuer des virages serrés et des accélérations rapides, mais pour réaliser de tels mouvements, ils doivent stocker beaucoup d’énergie pendant le vol, généralement sous forme d’énergie cinétique. Lors de l'atterrissage, ils doivent dissiper rapidement cette énergie, tout en atterrissant suffisamment doucement pour éviter les blessures.
"Si une chauve-souris atterrit avec beaucoup d'énergie et n'a aucun moyen de la perdre, elle pourrait se briser", a déclaré Breuer.
Pour observer les chauves-souris effectuant leurs atterrissages dans des conditions de laboratoire, l'équipe a construit une arène de vol personnalisée. L'arène est une enceinte d'environ 2,5 mètres de long, dont les murs, le sol et le plafond sont bordés de caméras de capture de mouvement. Lorsqu'une chauve-souris entre dans l'arène, les caméras capturent ses mouvements, fournissant des données que l'équipe utilise pour calculer l'orientation du corps de l'animal, les angles des ailes et des articulations, ainsi que les vitesses linéaires et angulaires à différents moments.
L'équipe a travaillé avec deux grosses chauves-souris brunes, Eptesicus fuscus. Les chauves-souris brunes sont assez communes en Amérique du Nord et en Europe, chassant les insectes et se perchant dans les grottes, les bâtiments et les arbres. Les chercheurs ont entraîné les chauves-souris à entrer dans l’arène de vol et à atterrir sur une aire d’atterrissage équipée d’un capteur de force mesurant la force d’impact des atterrissages.
Les résultats montrent que les chauves-souris entrent en contact avec le sol avec leurs chevilles et qu'elles dissipent leur énergie de vol en absorbant la force d'atterrissage dans les articulations de leurs jambes et en ralentissant leurs battements d'ailes. En fait, les ailes n'entrent jamais en contact avec le sol.
"Leurs ailes sont si délicates et fines qu'un contact les endommagerait probablement", a déclaré Breuer.
Au lieu de cela, les chauves-souris utilisent leurs ailes pour ralentir leur chute avant d'atterrir et contrôler l'orientation de leur corps. Une fois leurs chevilles touchées, les chauves-souris absorbent alors l’énergie restante en pliant les jambes.
Les résultats aident à expliquer pourquoi les pattes et les ailes des chauves-souris sont si différentes de celles des autres mammifères. Leurs jambes, avec de longs tibias et des pieds courts, sont bien adaptées pour absorber les chocs et manquent de fonctionnalités telles que des griffes qui pourraient gêner l'exécution de leur manœuvre d'atterrissage. Leurs ailes, en revanche, sont incroyablement fines, avec une masse musculaire et une densité osseuse réduites, ce qui réduit leur poids mais les rend également plus vulnérables aux dommages. Pour compenser cette fragilité, les chauves-souris ont évolué pour éviter le contact du sol avec leurs ailes en absorbant habilement les forces d'impact avec leurs pattes.
Les chercheurs estiment que le compte rendu détaillé des atterrissages de chauves-souris constitue une bonne base pour de futurs travaux visant à améliorer les algorithmes de contrôle robotique des véhicules d'atterrissage et des prothèses. Comprendre les mécanismes d'atterrissage des chauves-souris pourrait également aider les chercheurs à comprendre comment les chauves-souris adoptent d'autres comportements, comme se suspendre la tête en bas aux murs ou aux arbres.
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