BOLEH dikatakan banyak perkara yang kita nikmati hari ini sebenarnya terhasil daripada pemerhatian terhadap haiwan. Kita belajar, meniru dan mengadaptasi keupayaan mereka untuk disesuaikan dengan kegunaan manusia.
Begitu juga dengan usaha berabad lamanya untuk terbang di udara yang akhirnya berjaya direalisasikan setelah manusia memahami cara burung terbang, termasuk melalui kajian awal oleh tokoh seperti Otto Lilienthal dan kejayaan penerbangan bermotor oleh Wright brothers.
Sungguhpun begitu, keupayaan haiwan ini masih jauh daripada dapat dikuasai dan dibina secara bulat-bulat oleh manusia kerana ia merupakan makhluk hidup yang dinamik dan sentiasa berevolusi mengikut persekitarannya.
Malah selain tunduk kepada hukum alam sejagat, haiwan-haiwan ini juga memiliki keistimewaan yang masih belum dapat ditiru sepenuhnya oleh teknologi moden, khususnya dari segi kecekapan tenaga dan fleksibiliti struktur.
Secara asasnya, keajaiban haiwan yang mampu terbang ini memenuhi prinsip asas aerodinamik, walaupun ilmu tersebut hanya difahami manusia jauh kemudian daripada rutin semula jadi yang telah berlaku sejak sekian lama.
Keupayaan untuk naik ke udara sebenarnya bergantung kepada keseimbangan empat daya utama iaitu daya angkat (lift), daya berat (weight), daya tujahan (thrust) dan daya seretan (drag).
Daya angkat pula terhasil daripada interaksi kompleks antara perbezaan tekanan udara di sekitar sayap seperti dinyatakan dalam Prinsip Bernoulli, perubahan arah aliran udara ke bawah selaras dengan Hukum Gerakan Newton Ketiga, serta fenomena peredaran udara di sekitar profil sayap.
Burung merupakan kumpulan haiwan terbang yang paling dominan dan paling mudah untuk kita perhatikan dalam kehidupan seharian. Keistimewaan burung terletak pada struktur sayap mereka yang menyerupai bentuk airfoil seperti yang terdapat pada sayap pesawat komersial.
Jika dilihat dari sisi, sayap burung mempunyai lengkungan yang jelas di bahagian atas dan permukaan lebih rata di bahagian bawah. Reka bentuk ini membantu menghasilkan perbezaan tekanan udara di sekitar sayap yang menyumbang kepada daya angkat, di samping mengubah arah aliran udara ke bawah.
Pada masa sama, tekanan yang lebih tinggi di bahagian bawah akan menyumbang kepada daya yang menolak badan burung ke atas.
Perkara ini menjadi asas utama yang membolehkan seekor burung pipit kecil mahupun seekor helang besar terapung di udara dengan stabil, dengan mengambil kira juga faktor seperti sudut serangan (angle of attack) dan nisbah angkat kepada seretan (lift-to-drag ratio).
Bagaimanapun, burung mempunyai kelebihan tambahan yang sangat dinamik dan tidak dimiliki oleh mana-mana pesawat buatan manusia iaitu kemampuan untuk mengepakkan sayap secara aktif.
Gerakan mengepak-ngepak sayap ini bukan sekadar berfungsi untuk menyumbang kepada daya angkat agar mereka tidak jatuh, tetapi ia juga menghasilkan daya tujahan ke hadapan bagi memacu kelajuan.
Dalam erti kata lain, burung menggabungkan fungsi penghasilan daya angkat dan tujahan dalam satu sistem biologi yang sangat bersepadu.
Gerakan ini juga sangat efisien kerana burung mampu mengoptimumkan penggunaan tenaga dengan mengetahui bila perlu mengepak dan bila sesuai untuk meluncur.
Lebih menarik lagi, burung pemangsa yang besar seperti helang atau burung laut seperti albatros mampu meluncur tanpa mengepakkan sayap untuk tempoh yang sangat lama.
Keupayaan ini sebenarnya bergantung pada kebijaksanaan burung-burung ini memanfaatkan arus udara panas yang naik ke atas atau thermal. Malah albatros turut menggunakan teknik dinamik ‘soaring’ yang bergantung pada perbezaan kelajuan angin di lapisan atmosfera yang berbeza.
Naluri memahami pergerakan udara inilah yang membolehkan burung-burung ini menjimatkan tenaga dengan begitu efisien. Teknik semula jadi ini mempunyai persamaan rapat dengan prinsip gliding dalam penerbangan moden, khususnya dalam usaha meningkatkan kecekapan bahan api melalui pengurangan seretan.
Selain burung, kelawar pula merupakan satu-satunya kumpulan mamalia yang benar-benar mampu terbang secara aktif di udara. Sayap kelawar sangat berbeza daripada struktur sayap burung kerana ia terdiri daripada membran kulit yang nipis namun kuat, diregangkan di antara tulang jari-jari yang panjang dan halus.
Struktur unik ini memberikan kelawar tahap fleksibiliti sangat tinggi yang masih belum dapat dicapai sepenuhnya oleh sayap pesawat moden yang kebanyakannya diperbuat daripada bahan kaku.
Fleksibiliti ini membolehkan kelawar melakukan olah gerak yang sangat tajam dan kompleks ketika sedang memburu mangsa di ruang yang sempit seperti di dalam gua atau di celah-celah hutan yang padat.
Jika sebuah pesawat memerlukan sistem kawalan seperti aileron, rudder dan elevator untuk mengubah arah penerbangan, kelawar hanya perlu mengubah bentuk sayapnya secara langsung menggunakan otot jari.
Hal ini memberikan mereka kelebihan taktikal dalam memburu serangga kecil yang bergerak pantas.
Kelawar tetap mematuhi prinsip asas aerodinamik yang sama seperti burung, iaitu melalui interaksi antara aliran udara dan permukaan sayap untuk menghasilkan daya angkat dan tujahan.
Perbezaan utamanya ialah mereka mempunyai sistem kawalan jauh lebih dinamik dan organik berbanding teknologi penerbangan manusia yang sedia ada.
Tidak terhad kepada burung dan kelawar, terdapat juga kelompok serangga seperti lebah, lalat dan pepatung yang mempunyai kemampuan terbang yang sangat luar biasa.
Namun begitu, cara mereka terbang jauh lebih kompleks dan pada suatu ketika dahulu sukar dijelaskan sepenuhnya menggunakan teori aerodinamik klasik.
Serangga tidak mempunyai sayap yang berbentuk airfoil konvensional seperti pesawat. Sebaliknya, mereka mengepakkan sayap pada frekuensi yang sangat tinggi sehingga menghasilkan pusaran udara kecil atau vorteks di sekeliling sayap.
Pusaran udara ini membantu mengekalkan daya angkat yang mencukupi walaupun saiz sayap mereka kelihatan kecil jika dibandingkan dengan berat badan mereka.
Kajian moden dalam bidang aerodinamik mendapati bahawa serangga menggunakan konsep yang dikenali sebagai ‘unsteady aerodynamics’, iaitu keadaan aliran udara yang sentiasa berubah dengan pantas.
Keadaan ini sangat berbeza dengan pesawat penumpang yang direka untuk aliran udara yang lebih stabil. Lebah sebagai contoh mampu mengepakkan sayap sekitar 200 kali sesaat untuk menghasilkan pusaran udara kompleks yang menyumbang kepada daya angkat.
Satu lagi kategori yang tidak kurang menariknya ialah haiwan yang tidak benar-benar terbang secara aktif tetapi mampu meluncur di udara seperti tupai terbang dan cicak terbang.
Haiwan-haiwan ini tidak menghasilkan daya tujahan sendiri melalui gerakan sayap seperti burung atau kelawar. Sebaliknya, mereka menggunakan membran khas pada badan untuk menjana daya angkat dan meluncur dari satu titik tinggi ke titik lain.
Dalam konteks sains penerbangan, keupayaan ini adalah hampir sama dengan pesawat glider yang tidak mempunyai enjin dan bergantung kepada ketinggian awal serta keadaan aliran udara.
Walaupun mekanisme ini kelihatan sederhana, keupayaan meluncur tetap memerlukan kawalan yang tepat terhadap sudut serangan serta orientasi badan bagi memastikan kestabilan dan jarak maksimum.
Apa yang menjadikan semua haiwan ini istimewa ialah keupayaan mereka untuk mematuhi hukum fizik yang kompleks tanpa menyedari kewujudan formula tersebut.
Mereka tidak perlu mengira tekanan udara atau mengukur kelajuan angin menggunakan instrumen, namun tetap mampu mencapai kecekapan penerbangan yang tinggi.
Setiap pergerakan yang mereka lakukan adalah hasil daripada adaptasi biologi yang sangat halus dan tepat terhadap persekitaran selama berjuta-juta tahun.
Jika dibandingkan dengan sejarah manusia, kita memerlukan ratusan tahun kajian untuk memahami bagaimana daya angkat terhasil sebelum berjaya membina pesawat pertama.
Sebaliknya, alam semula jadi telah mengoptimumkan reka bentuk ini melalui proses evolusi yang panjang. Menariknya, banyak teknologi penerbangan moden hari ini diinspirasikan secara langsung daripada haiwan.
Antaranya, rekaan sayap pesawat yang melengkung di bahagian hujung atau konsep winglet yang terdapat pada pesawat keluaran Boeing dan Airbus diinspirasikan daripada kedudukan hujung sayap burung ketika meluncur.
Winglet ini berfungsi mengurangkan vorteks di hujung sayap sekali gus mengurangkan seretan teraruh (induced drag) dan meningkatkan kecekapan bahan api.
Manusia akan terus belajar daripada alam. Masih banyak ‘teknologi’ semula jadi dalam dunia haiwan yang belum difahami sepenuhnya, apatah lagi ditiru secara menyeluruh.
Apa yang pasti, manfaat daripada inovasi ini akan terus dinikmati oleh generasi yang mencari ilham daripada keajaiban alam semula jadi.
- Penulis memiliki Sarjana Muda Kejuruteraan (Mekanikal-Aeronautik) dari Universiti Teknologi Malaysia (UTM) dan pernah berkhidmat di Hornbill Skyways Sdn Bhd.