The biophysics of bird flight: functional relationships integrate aerodynamics, morphology, kinematics, muscles, and sensors¹.

Bird flight is a remarkable adaptation that has allowed the approximately 10 000 extant species to colonize all terrestrial habitats on earth including high elevations, polar regions, distant islands, arid deserts, and many others. Birds exhibit numerous physiological and biomechanical adaptations for flight. Although bird flight is often studied at the level of aerodynamics, morphology, wingbeat kinematics, muscle activity, or sensory guidance independently, in reality these systems are naturally integrated. There has been an abundance of new studies in these mechanistic aspects of avian biology but comparatively less recent work on the physiological ecology of avian flight. Here we review research at the interface of the systems used in flight control and discuss several common themes. Modulation of aerodynamic forces to respond to different challenges is driven by three primary mechanisms: wing velocity about the shoulder, shape within the wing, and angle of attack. For birds that flap, the distinction between velocity and shape modulation synthesizes diverse studies in morphology, wing motion, and motor control. Recently developed tools for studying bird flight are influencing multiple areas of investigation, and in particular the role of sensory systems in flight control. How sensory information is transformed into motor commands in the avian brain remains, however, a largely unexplored frontier. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Le vol des oiseaux est une adaptation remarquable qui a permis aux quelque 10 000 espèces actuelles de coloniser tous les habitats terrestres de la planète, dont les régions polaires et de haute altitude, les îles éloignées, les déserts arides et bien d'autres. Les oiseaux présentent de nombreuses adaptations physiologiques et biomécaniques pour le vol. Bien que l'aérodynamique, la morphologie, la cinématique des battements d'ailes, l'activité musculaire et le guidage sensoriel associés au vol d'oiseau soient souvent étudiés de manière indépendante, en réalité, ces systèmes sont naturellement intégrés. S'il y a abondance de nouvelles études sur ces aspects mécanistes de la biologie aviaire, moins de travaux récents se sont penchés sur l'écologie physiologique du vol des oiseaux. Nous passons en revue la recherche à l'interface des systèmes utilisés dans le contrôle du vol et abordons plusieurs thèmes communs. La modulation des forces aérodynamiques pour répondre à différents défis est assurée par trois principaux mécanismes, soit la vitesse des ailes autour de l'épaule, la forme à l'intérieur de l'aile et l'angle d'attaque. Pour les oiseaux qui battent des ailes, la distinction entre la modulation par la vitesse et par la forme regroupe des études variées sur la morphologie, le mouvement des ailes et le contrôle moteur. Des outils récemment mis au point pour étudier le vol des oiseaux influencent plusieurs champs d'étude, notamment le rôle des systèmes sensoriels dans le contrôle du vol. La transformation de l'information sensorielle en commandes motrices dans le cerveau des oiseaux demeure toutefois une frontière largement inexplorée. [Traduit par la Rédaction] [ABSTRACT FROM AUTHOR]

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