چھلاورن کے جال میں لپٹے ایک مستطیل کمرے میں، ہیرس کے چار بازوں نے گھاس سے ڈھکے ہوئے پرچوں کے درمیان باری باری اڑان بھری جبکہ سائنسدانوں نے ان کی ہر بایو مکینیکل لہر کو ریکارڈ کیا۔ محققین پرندوں کو اڑتے ہوئے دیکھنے کے وقتی تعاقب میں حصہ لے رہے تھے - حالانکہ اس تجربے میں، ان کی اصل دلچسپی انہیں اترتے ہوئے دیکھنے میں تھی۔
پرچوں کے درمیان 1,500 سے زیادہ پروازوں میں، چار ہاکس نے تقریباً ہمیشہ ایک ہی راستہ اختیار کیا — تیز ترین یا سب سے زیادہ توانائی کے قابل نہیں، بلکہ وہ راستہ جس نے انہیں سب سے زیادہ محفوظ طریقے سے اور سب سے زیادہ کنٹرول کے ساتھ بیٹھنے کی اجازت دی۔ جیسا کہ گراہم ٹیلرآکسفورڈ یونیورسٹی میں ریاضیاتی حیاتیات کے پروفیسر، اور ان کے ساتھی حال ہی میں بیان کیا گیا۔ in فطرت، قدرت، ہاکس ایک U-شکل والے قوس میں اڑ گئے، تیزی سے اپنے پروں کو تیزی سے پھڑپھڑاتے ہوئے ایک غوطہ میں لے گئے، پھر تیزی سے ایک گلائیڈ میں اوپر کی طرف جھپٹتے ہوئے، پرچ پر گرنے سے پہلے اپنی پیشرفت کو سست کرنے کے لیے اپنے پروں کو پھیلاتے ہوئے۔
"انہیں دیکھنا دلچسپ طور پر اجنبی ہے،" نے کہا لیڈیا فرانس، ایلن ٹیورنگ انسٹی ٹیوٹ میں ایک تحقیقی ڈیٹا سائنسدان اور آکسفورڈ یونیورسٹی میں پوسٹ ڈاکٹرل محقق جس نے تجربات کو ڈیزائن اور چلانے میں مدد کی۔ ہاکس کی فضا میں تقریباً رک کر اترنے کی صلاحیت ان کے مکینیکل ہم منصبوں سے بے مثال ہے۔
"ارتقاء نے اس سے کہیں زیادہ پیچیدہ اڑنے والا آلہ بنایا ہے جتنا کہ ہم انجینئر کرنے میں کامیاب نہیں ہوئے،" کہا۔ سمیک بھٹاچاریہسنٹرل فلوریڈا یونیورسٹی میں تجرباتی سیال مکینکس لیب میں اسسٹنٹ پروفیسر۔ آج کے ہوائی جہاز ایویئن چالبازی سے مماثل کیوں نہیں ہو سکتے اس کی وجوہات صرف انجینئرنگ کا معاملہ نہیں ہے۔ اگرچہ پرندوں کا پوری تاریخ میں باریک بینی سے مشاہدہ کیا گیا ہے اور صدیوں سے لیونارڈو ڈا ونچی اور دیگر کے ذریعے اڑنے والی مشینوں کے لیے متاثر کن ڈیزائن بنائے گئے ہیں، لیکن بائیو مکینکس جو پرندوں کی چالاکیت کو ممکن بناتے ہیں، بڑی حد تک ایک معمہ رہا ہے۔
A تاریخی مطالعہ پچھلے مارچ میں شائع ہوا۔ فطرت، قدرتتاہم، اس کو تبدیل کرنے کے لئے شروع کر دیا ہے. مشی گن یونیورسٹی میں ڈاکٹریٹ کی تحقیق کے لیے، کرسٹینا ہاروی اور اس کے ساتھیوں نے پایا کہ زیادہ تر پرندے درمیانی پرواز کے دوران اپنے پروں کو موڑ کر سکتے ہیں تاکہ مسافر ہوائی جہاز کی طرح آسانی سے اڑنے اور لڑاکا طیارے کی طرح ایکروبیٹک انداز میں اڑنے کے درمیان آگے پیچھے پلٹ سکیں۔ ان کے کام سے یہ واضح ہوتا ہے کہ پرندے دونوں ہوا کی حرکیاتی خصوصیات کو مکمل طور پر تبدیل کر سکتے ہیں جو کہ ان کے پروں کے اوپر ہوا کس طرح حرکت کرتی ہے اور ان کے جسم کی جڑی خصوصیات جو یہ طے کرتی ہیں کہ وہ تیز رفتار چالوں کو مکمل کرنے کے لیے ہوا میں کیسے گرتے ہیں۔
ان دریافتوں نے پرندوں کی ائیروبیٹک صلاحیت میں اہم کردار ادا کرنے والے بڑے، پہلے نامعلوم عوامل کی نشاندہی کی اور کچھ ارتقائی دباؤ کا انکشاف کیا جنہوں نے پرندوں کو پرواز میں اتنا ماہر بنا دیا۔ وہ ان بلیو پرنٹس کو دوبارہ تیار کرنے میں بھی مدد کر رہے ہیں جن کی پیروی کرنے والے مستقبل کے انجینئر ہوائی جہاز کو پرندوں کی طرح قابل تدبیر اور موافقت پذیر بنانے کی کوشش کر سکتے ہیں، بظاہر آسان فضل کے ساتھ لیکن انتہائی تیز رفتار جسمانی اور ذہنی وسائل پر ڈرائنگ جس کی ہم ابھی تعریف کرنا شروع کر رہے ہیں۔
ہاروی، جس نے مکینیکل انجینئرنگ کی تعلیم ایک انڈرگریجویٹ کے طور پر حاصل کی تھی، پرندوں کی پرواز کے بارے میں اپنے مطالعے کو "کسی ایسی چیز کی مقدار کے طور پر بیان کرتی ہے جو میرے نزدیک جادو کی طرح نظر آتی ہے۔" اپنے کیریئر کے اوائل میں، انجینئرنگ سے حیاتیات میں منتقلی سے پہلے، اس نے کبھی نہیں سوچا تھا کہ وہ پرندوں کے رازوں کو جاننے کی کوشش کر رہی ہوگی۔
پرندوں کی جیومیٹری
ہاروے نے کہا کہ میں پرندوں کو بھی پسند نہیں کرتا تھا۔ پھر بھی 2016 میں ایک دن، وہ برٹش کولمبیا یونیورسٹی کے قریب ایک پارک میں ایک چٹانی کنارے پر بیٹھی، ایک مختصر سفر کے بعد آرام کر رہی تھی اور اس بارے میں سوچ رہی تھی کہ بائیولوجی لیب میں نئے تعینات ہونے والے ماسٹرز کی طالبہ کے طور پر کس پروجیکٹ کو آگے بڑھانا ہے۔ گلوں سے گھری ہوئی، اس نے سوچا: "وہ واقعی ٹھنڈی پرواز کرتے ہیں، اگر آپ نظر انداز کرتے ہیں کہ وہ کتنے پریشان کن ہیں۔"
گل تیزی سے وہ بن گئی جسے وہ اپنا "چنگاری" پرندہ کہتی ہے، اور اس نے جلد ہی ان کی پرواز کی طاقت کے بارے میں مزید سمجھنے کی کوشش کرنے کے حق میں ان سے گریز کرنا چھوڑ دیا۔ لیکن جیسے ہی ہاروے نے ادب کی گہرائی میں کھود کیا، اس نے محسوس کیا کہ پرندے کیسے اڑتے ہیں اس کے بارے میں ہمارے علم میں بڑے خلاء ہیں۔
وہ اس سے بہت متاثر تھی۔ ایک 2001 مطالعہ کہ ٹیلر نے اس وقت شریک تصنیف کی تھی جب وہ آکسفورڈ میں ڈاکٹریٹ کر رہے تھے۔ ٹیلر کا کاغذ پہلا تھا جس نے ایک نظریاتی بنیاد رکھی تھی کہ پرندے اور دوسرے اڑنے والے جانور کیسے استحکام حاصل کرتے ہیں، یہ خاصیت جو انہیں غلط سمت میں دھکیلنے سے روکتی ہے۔
ٹیلر نے وضاحت کی کہ استحکام، موروثی استحکام، یا گڑبڑ کے خلاف فطری مزاحمت، اور کنٹرول کے مجموعے سے آتا ہے، جو اضطراب کے ردعمل کو تبدیل کرنے کی ایک فعال صلاحیت ہے۔ موروثی استحکام وہی ہے جو ایک اچھے کاغذی ہوائی جہاز میں ہوتا ہے۔ کنٹرول پانچویں نسل کے لڑاکا طیارے کی طاقت ہے۔ 2001 کی تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ موروثی استحکام نے پرندوں کی اڑان میں عام طور پر یقین کے مقابلے میں بڑا حصہ ادا کیا۔
ٹیلر کا مقالہ پڑھنے کے فوراً بعد، ہاروے نے اپنے ڈاکٹریٹ کے کام کو پرندوں کی پرواز میں استحکام کی پہلی متحرک مساوات تیار کرنے پر مرکوز کیا۔ "ہمارے پاس ہوائی جہاز کے لیے یہ تمام مساواتیں ہیں،" انہوں نے کہا۔ "میں انہیں پرندوں کی پرواز کے لیے چاہتا تھا۔"
پرندوں کی پرواز کے استحکام اور عدم استحکام اور پرندوں کو ان پر قابو پانے میں درپیش چیلنجوں کو سمجھنے کے لیے، ہاروے نے محسوس کیا، اسے اور اس کی ٹیم کو پرندوں کی تمام جڑی خصوصیات کا نقشہ بنانے کی ضرورت ہے، جسے پچھلے مطالعات نے بڑی حد تک نظر انداز کیا یا غیر اہم سمجھا۔ جڑی خصوصیات کا تعلق پرندے کے بڑے پیمانے پر ہے اور یہ کہ اس کی تقسیم کیسے ہوتی ہے، اس کے برعکس ایروڈینامک خصوصیات جو حرکت میں پرندے پر عمل کرتی ہیں۔
ہاروے اور اس کی ٹیم نے کینیڈا کے وینکوور میں یونیورسٹی آف برٹش کولمبیا کے بیٹی بائیو ڈائیورسٹی میوزیم سے 36 منجمد پرندوں کی لاشوں کو اکٹھا کیا - جو 22 بالکل مختلف پرجاتیوں کی نمائندگی کرتے ہیں۔ انہوں نے لاشوں کو ہر ایک فرد کے پروں سے الگ کیا، لمبائی، وزن اور پروں کے پھیلاؤ کی پیمائش کی، اور پرندوں کی کہنیوں اور کلائیوں کی حرکت کی حد معلوم کرنے کے لیے پروں کو دستی طور پر بڑھایا اور کنٹریکٹ کیا۔
انہوں نے ایک نیا ماڈلنگ پروگرام لکھا جس میں مختلف قسم کے پروں، ہڈیوں، پٹھوں، جلد اور پنکھوں کو سینکڑوں ہندسی اشکال کے امتزاج کے طور پر پیش کیا گیا۔ سافٹ ویئر نے انہیں متعلقہ خصوصیات کا حساب لگانے کی اجازت دی جیسے مرکز ثقل اور "غیر جانبدار نقطہ" جو کہ پرواز میں پرندے کا ایروڈینامک مرکز ہے۔ پھر انہوں نے ہر پرندے کے لیے ان خصوصیات کا تعین کیا جس کے پروں کو مختلف شکلوں میں ترتیب دیا گیا ہے۔
ہر پرندے کے استحکام اور چال چلن کی مقدار معلوم کرنے کے لیے، انہوں نے ایک ایروڈینامک عنصر کا حساب لگایا جسے جامد حاشیہ کہا جاتا ہے، اس کے مرکز ثقل اور اس کے غیر جانبدار نقطہ کے درمیان فاصلہ بازو کے طول و عرض کی نسبت۔ اگر کسی پرندے کا نیوٹرل پوائنٹ اس کے مرکز ثقل کے پیچھے ہوتا ہے، تو وہ پرندے کو فطری طور پر مستحکم سمجھتے تھے، مطلب یہ ہے کہ اڑتا ہوا پرندہ قدرتی طور پر اپنے اصل پرواز کے راستے پر واپس آجائے گا اگر توازن کو دھکیل دیا جائے۔ اگر نیوٹرل پوائنٹ کشش ثقل کے مرکز کے سامنے ہوتا، تو پرندہ غیر مستحکم تھا اور اسے اپنی جگہ سے مزید دھکیل دیا جائے گا - جو کہ ایک پرندے کے لیے ایک دم توڑ دینے والی چال چلانے کے لیے ہونا چاہیے۔
جب ایروناٹیکل انجینئرز طیاروں کو ڈیزائن کرتے ہیں، تو وہ مطلوبہ کارکردگی کو حاصل کرنے کے لیے جامد مارجن مقرر کرتے ہیں۔ لیکن پرندے، ہوائی جہازوں کے برعکس، اپنے پروں کو حرکت دے سکتے ہیں اور اپنے جسم کی کرنسی کو بدل سکتے ہیں، اس طرح ان کے جامد حاشیے کو تبدیل کر سکتے ہیں۔ اس لیے ہاروے اور اس کی ٹیم نے اس بات کا بھی جائزہ لیا کہ کس طرح ہر پرندوں کی موروثی استحکام مختلف پروں کی ترتیب میں تبدیل ہوتا ہے۔
درحقیقت، ہاروے اور اس کے ساتھیوں نے ایک ایسا فریم ورک لیا جو "ہوائی جہاز کے لیے جو کچھ ہم کرتے ہیں اس سے بہت ملتا جلتا ہے" اور اسے پرندوں کے لیے ڈھال لیا، کہا۔ ایمی ویسا، پرنسٹن یونیورسٹی میں مکینیکل اور ایرو اسپیس انجینئرنگ کے اسسٹنٹ پروفیسر جنہوں نے اپنے کام پر ایک تبصرہ لکھا۔ فطرت، قدرت.
لچکدار پرواز
جب تقریباً 160 ملین سال پہلے فیتھری تھراپوڈ ڈائنوسار نے خود کو ہوا میں اتارا، تو وہ محدود پرواز کرنے والے تھے، صرف مختصر فاصلے پر یا چھوٹے پھٹوں میں پھڑپھڑاتے تھے۔ لیکن صرف چند مستثنیات کے ساتھ، ان ڈائنوسار سے پرندوں کی 10,000 سے زیادہ انواع غیر معمولی پرواز کرنے والی مشینوں میں تیار ہوئی ہیں، جو خوبصورت گلائیڈنگ اور ایکروبیٹک چالوں کے قابل ہیں۔ اس قسم کی تدبیر کے لیے عدم استحکام کا کنٹرول شدہ فائدہ اٹھانے کی ضرورت ہوتی ہے - اور پھر اس سے باہر نکلنا۔
چونکہ جدید پرندے بہت قابل تدبیر ہیں، ماہرین حیاتیات نے فرض کیا کہ وہ زیادہ سے زیادہ غیر مستحکم ہونے کے لیے تیار ہوئے ہیں۔ ہاروے نے کہا کہ "یہ خیال کیا جاتا تھا کہ پرندے، لڑاکا طیاروں کی طرح، ان عدم استحکام کی طرف جھک جاتے ہیں تاکہ یہ واقعی تیز رفتار چالیں چل سکیں،" ہاروے نے کہا۔ "اور یہی وجہ ہے کہ پرندے اس طرح اڑتے ہیں جسے ہم ابھی تک نقل نہیں کر سکتے۔"
لیکن محققین نے پایا کہ صرف ایک پرجاتیوں میں سے جس پر انہوں نے دیکھا، فیزنٹ، مکمل طور پر غیر مستحکم تھی۔ چار انواع مکمل طور پر مستحکم تھیں، اور 17 پرجاتیوں - جن میں سوئفٹ اور کبوتر بھی شامل ہیں - اپنے پروں کی شکل بدل کر مستحکم اور غیر مستحکم پرواز کے درمیان سوئچ کر سکتے تھے۔ ہاروے نے کہا، "واقعی، جو ہم دیکھ رہے ہیں کہ یہ پرندے اس قسم کے زیادہ لڑاکا جیٹ نما انداز اور زیادہ مسافر جیٹ نما طرز کے درمیان منتقل ہونے کے قابل ہیں۔"
اس کی ٹیم کے ذریعہ مزید ریاضیاتی ماڈلنگ نے تجویز کیا کہ پرندوں کے عدم استحکام کو بڑھانے کے بجائے، ارتقاء ان کے استحکام اور عدم استحکام دونوں کی صلاحیت کو محفوظ کر رہا ہے۔ تمام مطالعہ شدہ پرندوں میں، ہاروے کی ٹیم نے اس بات کا ثبوت پایا کہ انتخاب کا دباؤ بیک وقت جامد مارجن کو برقرار رکھتا ہے جس نے دونوں کو فعال کیا۔ اس کے نتیجے میں، پرندوں میں یہ صلاحیت ہوتی ہے کہ وہ ایک مستحکم موڈ سے غیر مستحکم حالت میں اور پیچھے کی طرف منتقل ہو جائیں، ضرورت کے مطابق اپنی پرواز کی خصوصیات کو تبدیل کرتے ہیں۔
جدید ہوائی جہاز ایسا نہیں کر سکتے، نہ صرف اس لیے کہ ان کی ایروڈینامک اور جڑی خصوصیات زیادہ مستحکم ہیں بلکہ اس لیے کہ انہیں دو بہت مختلف کنٹرول الگورتھم کی ضرورت ہوگی۔ غیر مستحکم پرواز کا مطلب ہے حادثے سے بچنے کے لیے مسلسل اصلاح کرنا۔ پرندوں کو کچھ ایسا ہی کرنا ہوگا اور "اس میں شامل ادراک کی کچھ سطح ہونی چاہیے،" نے کہا ریڈ بومن، فلوریڈا کے آرچبولڈ بائیولوجیکل اسٹیشن میں رویے کے ماہر ماحولیات اور ایویئن ایکولوجی پروگرام کے ڈائریکٹر۔
"لوگ اس وقت تک پرندوں کی اصلیت کو سمجھنے کی کوشش کر رہے ہیں جب تک کہ لوگ ارتقاء کا مطالعہ کر رہے ہیں - اور ایک بڑی رکاوٹ پرواز کی پیچیدگی اور اس کی تشکیل میں ہماری ناکامی رہی ہے،" کہا۔ میتھیو کارانو، سمتھسونین انسٹی ٹیوشن کے شعبہ حیاتیات میں ڈائنوسوریا کے کیوریٹر۔
اسے سب سے زیادہ حیران کن بات یہ نہیں ہے کہ پرندوں میں پرواز کے مستحکم اور غیر مستحکم طریقوں کے درمیان منتقل ہونے کی یہ صلاحیتیں ہیں۔ یہ ہے کہ کچھ پرجاتیوں، جیسے تیتر، بظاہر ایسا نہیں کرتے ہیں۔ وہ سوچتا ہے کہ کیا ان پرجاتیوں نے کبھی ترقی نہیں کی یا اگر وہ کسی موقع پر اس صلاحیت سے محروم ہو گئے، بالکل اسی طرح جیسے جدید پرواز کے بغیر پرندے ایک بار اڑ سکتے تھے۔
بہتر ہوائی جہاز بنانا
پرندوں نے بہت سے طنزیہ، گھومنے اور گرنے والے ہتھکنڈوں میں مہارت حاصل کی ہے وہ ایسے نہیں ہیں جن کا تجربہ کوئی بھی مسافر ہوائی جہاز میں کرنا چاہے گا۔ لیکن بغیر عملے کی فضائی گاڑیاں، جنہیں UAVs یا ڈرون بھی کہا جاتا ہے، سخت حربے کرنے کے لیے آزاد ہیں، اور فوجی، سائنسی، تفریحی اور دیگر استعمال کے لیے ان کی بڑھتی ہوئی مقبولیت ان کے لیے ایسا کرنے کے مزید مواقع پیدا کر رہی ہے۔
بھٹاچاریہ نے کہا، "یہ زیادہ قابل عمل UAVs پیدا کرنے کی طرف ایک بہت بڑا قدم ہے،" بھٹاچاریہ نے کہا، جس نے ہاروے کا مطالعہ دیکھ کر فوراً اسے اپنے انجینئرنگ گروپ کو بھیج دیا۔ آج کل زیادہ تر UAVs فکسڈ ونگ والے ہوائی جہاز ہیں، جو نگرانی کے مشنوں اور زرعی مقاصد کے لیے بہترین ہیں کیونکہ وہ گھنٹوں تک موثر طریقے سے اڑ سکتے ہیں اور ہزاروں کلومیٹر کا فاصلہ طے کر سکتے ہیں۔ تاہم، ان کے پاس نازک کواڈ کوپٹرز ڈرونز کی تدبیر کا فقدان ہے جو شوق رکھنے والوں میں مقبول ہے۔ پر محققین ایئربس اور ناسا پنکھوں والے ہوائی جہاز کے لیے ایسے نئے ڈیزائن بنانے کا خواب دیکھ رہے ہیں جو پرندوں کی کچھ ناقابل یقین چالبازی کی صلاحیتوں کی نقل کر سکتے ہیں۔
ٹیلر اور ان کی ٹیم اس بات کا تجزیہ کرنے کی امید کر رہی ہے کہ پرندے اڑنا سیکھتے ہوئے پیچیدہ کام انجام دینے کی صلاحیت کیسے حاصل کرتے ہیں۔ اگر محققین واقعی ان چالوں کو سمجھ سکتے ہیں، تو انجینئرز کسی دن نئے طیاروں کے ڈیزائن میں AI کو شامل کر سکتے ہیں، جس سے وہ نہ صرف ظاہری شکل میں، بلکہ پرواز کے طرز عمل کو سیکھنے کی صلاحیت میں بھی حیاتیات کی نقل کر سکیں گے۔
جیسا کہ وہ کیلیفورنیا یونیورسٹی، ڈیوس میں اپنی نئی لیب قائم کر رہی ہے، ہاروے ابھی بھی یہ فیصلہ کر رہی ہے کہ اس کی مستقبل کی تحقیق پرندوں کی پرواز سے لے کر ڈرونز اور ہوائی جہازوں کی ڈیزائننگ اور مینوفیکچرنگ تک کی بنیادی تحقیق سے لے کر اسپیکٹرم پر کہاں پڑے گی۔ لیکن سب سے پہلے، وہ انجینئرنگ اور حیاتیات کے طالب علموں کی ایک ٹیم بنانے کے لیے کام کر رہی ہے جو دو بالکل مختلف شعبوں کی حدود میں کام کرنے کے لیے اتنے ہی پرجوش ہیں جیسے وہ ہیں۔
ہاروے نے کہا، "مجھے نہیں لگتا کہ میں انجینئرنگ کے اندر مکمل طور پر پھول رہا ہوں۔ جب اس نے حیاتیات کے کنارے پر کام کرنا شروع کیا تو اسے لگا کہ وہ زیادہ تخلیقی ہو سکتی ہے۔ اب، اپنے انجینئرنگ کے بہت سے ساتھیوں کی مایوسی کی وجہ سے، وہ پرندوں کے اعداد و شمار کو مکمل کرنے میں کام کرنے میں طویل وقت گزارتی ہے۔ "میں اپنا آدھا وقت ڈرائنگ میں صرف کرتی ہوں،" اس نے کہا۔ "اس نے واقعی میرا نقطہ نظر بدل دیا ہے۔"
