ダ・ヴィンチは1485年に人力飛行機の設計図を描き、現在知られている中では最古の図面を残しました。しかし、実際に最初の飛行機が飛行したのは1977年になってからでした。飛行には揚力が必要です。揚力とは、上向きに押し上げる空気の圧力が機体の重量を打ち消す力です。長年にわたり、飛行には人力だけでは生み出せないほどの揚力と動力が必要だと多くの人が考えていました（しかし、こうした警告は無数の失敗を止めるには至りませんでした）。しかし、発明家たちは諦めずに努力を続けました。
航空機は、固定翼、羽ばたき翼、そしてローターという3つの基本的な構成で飛行します。過去50年間、発明家たちは固定翼と羽ばたき飛行を実現してきました。そして今、彼らはこれまでで最大の課題である垂直離陸を克服しようとしています。
人力ヘリコプターを操縦するには、パイロットはおそらく500ワットの電力を生み出さなければならないだろう。英国マンチェスター大学の航空エンジニアで、理論上の人力ヘリコプターを分析した2本の論文を発表しているアントニオ・フィリッポーネ氏によると、どんなに健康なパイロットでもその出力を維持することはできないという。「離陸はできるが、数秒以上は不可能だ」と彼は言う。こうした話は以前にも聞いたことがある。
飛行機
固定翼飛行
課題：固定翼飛行には、上面が湾曲し下面が平らな翼など、効率的な翼型が必要です。翼型が前進すると、上面の空気の流れが下面よりも速くなり、圧力差が生じます。機体下部の圧力が上面の圧力を上回ると、正味の上向きの力が生じます。ほとんどの飛行機は十分な前進力を得るためにエンジンを使用しますが、人間ではそこまで速く飛行機を推進することはできません。
解決策: 一般に、翼が長いほど揚力は大きくなります。1960年代初頭、サウサンプトン大学の学部生が、翼幅80フィート、自転車型のトランスミッションをプロペラに接続した重さ130ポンドの飛行機を製作しました。その飛行機は3分の1マイルを飛行しましたが、操縦に大きな問題がありました。1977年、技師のポール・マクレディがゴッサマー・コンドルを設計しました。これは、胴体前方のブームに付いた翼であるカナードを備えた重さ70ポンドのアルミニウムとプラスチックの飛行機です。以前の飛行機よりも操縦性が高く、半マイル間隔で設置されたマーカーの周りを8の字飛行し、世界初の制御された持続的な人力飛行に対して王立航空協会賞を受賞しました。しかし、まだ改良の余地はあります。たとえば、エンジニアたちは 90 年代の Airglow (写真) を、翼端を曲げ、翼をより曲線的にすることで改良し、旋回時に機体を安定させています。
羽ばたき機
羽ばたき飛行
課題：ハチドリのような小型動物は、羽ばたきだけで空中に留まるのに十分な速さで羽ばたき、上向きの空気よりも下向きの空気を押し下げ、結果として上向きの圧力を生み出します。しかし、大型の動物では、空中に留まるのに十分な速さで羽ばたき続けることは困難です。そのため、大型の羽ばたきには、前方への推進力が必要です。羽ばたき飛行機、つまりオーニソプターを前進させるエンジンを想像してみてください。
解決策：大型の鳥の翼は羽ばたくだけでなく、ドアノブを揺らすように前後にねじることもでき、これが前方への推進力を生み出します。そこでトロント大学の大学院生、航空エンジニアのトッド・ライヒェルトと仲間の学生は、上下に羽ばたき、10度ねじれる翼を持つ「スノーバード」と名付けた機体を設計しました。彼らはコンピューターシミュレーションを用いて設計を微調整しました。そしてスノーバードの翼幅は105フィート（約32メートル）と広くし、軽量化のためにカーボンファイバーとケブラー繊維を使用しました。この94ポンド（約42キログラム）の機体は、ジムにあるようなレッグプレスで動力を得られます。
2010年8月2日、オンタリオ州の野原で、スノーバードは車に牽引され、空中に舞い上がりました。その後、車は牽引を止めました。ライヒェルト氏がレッグプレスをしている間、スノーバードは翼を羽ばたかせ、高度11フィート（約3.4メートル）で19.3秒間、自力で飛行し、475フィート（約145メートル）を飛行しました。
ヘリコプター
ローターベースの飛行
課題：ヘリコプターは、回転するローターが空気を押し下げることで飛行します。これにより、機体上部の気圧が低下し、下部の気圧が上昇します。飛行機や羽ばたき機とは異なり、ヘリコプターは前進運動に頼ることができないため、飛行ははるかに困難です。また、ヘリコプターは乱気流を発生させ、深刻な安定性の問題を引き起こす可能性があります。複数のチームが、アメリカヘリコプター協会のシコルスキー賞を獲得することで垂直飛行の実現を証明しようとしています。この賞は、10メートル四方（33フィート）以内の空間に留まり、1分間ホバリングし、最低高度3メートル（9.8フィート）に到達した人力ヘリコプターに授与される常設の賞金25万ドルです。
挑戦者：メリーランド大学チームのガメラIIヘリコプターはクワッドコプターで、幅42.6フィート（約12.3メートル）の4つのローターが自転車のようなトランスミッションに接続されている。地面近くに複数の小さなローターを配置することで、大きなローター1つよりも容易に離陸できる。また、ローター同士がバランスを取り合うことで安定性も向上する。設計の改良を重ねるごとに、飛行結果は向上している。6月には、パイロットが座って手足でペダルを漕ぎ、ガメラIIを地面から約30センチ（約30センチ）の高さまで49.9秒間上昇させた。8月には、パイロットが8フィート（約2.4メートル）まで上昇させた。
1989年に世界初の人力ヘリコプターを設計した航空エンジニア、ニール・サイキ氏が、新たな機体「アップターン」を携えて帰ってきました。パイロットはペダルを漕ぎ、幅85フィート（約24メートル）の単葉ローターを回転させます。4枚のブレードのうち2枚は先端にプロペラが付いており、安定性を高めています。各ブレードには調整可能なフラップと、振動とバランスを検知するセンサーが付いており、サイキ氏のソフトウェアがフラップの角度をリアルタイムで微調整することで、機体の揺れを補正します。6月には、パイロットがアップターンを約10秒間、約60センチ（約60センチ）持ち上げました。
競争は依然として激化の一途を辿っている。スノーバードの共同設計者トッド・ライヒェルトは今年7月、新たなグループと共にヘリコプター部門に正式に登録したが、クワッドコプターの完全な設計はまだ発表されていない。メリーランドは機体の改良を続けている。サイキはより優秀なパイロットの起用を目指している。そして、チーム・グラビティは、あらゆる段階で彼らと競い合うことになるだろう。
