De tijd dat de mens alleen maar met jaloezie naar een vogel kon kijken is voorbij. Met de nodige hulpmiddelen kan iedereen vliegen. Maar dieren die dit van nature kunnen, lopen in veel opzichten nog ver voor op de mens met zijn vliegmachines. Wetenschappers kijken dan ook graag naar vliegende dieren, in de hoop de finesses van de vliegkunst bij ze af te kijken.

De Amerikaanse onderzoekers Tyson Hedrick en collega’s hebben zich gestort op een spiekproject naar de wendbaarheid van vliegende beesten. Hoe krijgen insecten, vogels en vleermuizen het voor elkaar om van hot naar her te zoeven met de meest onverwachte gecontroleerde bochten?

(c) Science/AAAS

Een kolibri zoemt met zijn vleugels, zo snel klapperen ze. Hij vliegt razendsnel van bloem naar bloem en stopt vervolgens midden in zijn vlucht om even stil te hangen en nectar te lurken uit een prachtige kelk. Vervolgens kan hij alle kanten opschieten om zijn vlucht te vervolgen.

Contradraaiflapper
De onderzoekers schrijven in Science dat ze zich hebben gefocust op één bepaald moment in de beweging van een vliegend dier en dat is de vertraging die een dier maakt bij het maken van een scherpe bocht. Ze noemen dit de ‘flapping counter-torque’(FCT), vrij vertaald de ‘contradraaiflapper’.

Deze manoevre is misschien wel het makkelijkst te vergelijken met een het maken van een bocht met een roeiboot. Daarvoor moet de roeier eerst zijn buitenste riem wat intensiever gebruiken (of de binnenste wat rust geven), maar als de bocht klaar is moet hij de boot rechttrekken en zijn verloren snelheid compenseren met zijn binnenste riem.

Gieren
De onderzoekers hebben een voorspellingsmodel op basis van de beweging , proporties en symmetrie van verschillende soorten vliegende dieren – van fruitvlieg tot kaketoe – gemaakt om te kijken of er grote verschillen te zien zijn in het maken van deze horizontale bocht, die in de luchtvaart bekend staat als gieren. Vervolgens hebben ze hun voorspellingen getoetst door te kijken naar hoe echte beesten het doen.

Aan de hand van hun model kwamen de onderzoekers tot de conclusie dat dieren die dezelfde vorm en symmetrie hebben op dezelfde manier een bocht maken. De frequentie waarmee ze met hun vleugels slaan verschilt wel aan de hand van hoe groot ze zijn, maar de verhouding is hetzelfde. Als ze weten hoe een beest eruit ziet en wat hij weegt, valt er dus uit te rekenen met welke vleugelbewegingen hij een optimale bocht maakt.

(c) Science/AAAS

Een fruitvlieg, bromvlieg en kolibrie maken de bocht op dezelfde manier. Een steeloogvlieg doet dit iets anders, doordat zijn grote ogen de vorm van zijn lichaam sterk veranderen. Een mot, vleermuis en kaketoe, die alledrie naar verhouding veel langere vleugels hebben, maken de bocht met veel tragere bewegingen, maar wel alledrie weer op dezelfde manier.

Ook kwamen de onderzoekers erachter dat hoe sneller een beest met zijn vleugels slaat, hoe stabieler en wendbaarder hij wordt. Kolibries zijn hier het voorbeeld bij uitstek van. Maar de energie die zo’n beestje daarmee kwijt is, is wel enorm.

Vliegende robots
De vorm van het beest bepaalt dus hoe hij de bocht maakt. Het mooie is dat ze allemaal de bocht maken met een simpele aanpassing van de snelheid van hun geflapper en dat ze niet allerlei rare asymmetrische spierbewegingen maken om door de lucht heen en weer te schieten.

Aan de hand van het model kan volgens de Hedrick en collega’s gekeken worden hoe vliegende robotjes een bocht moeten maken. Voorwaarde is wel dat ze flapperen, iets waar wel veel onderzoek naar gedaan wordt, maar dat de gewone jumbojets nog niet doen.

Johan Schaeffer

Tyson Hedrick e.a. ‘Wingbeat Time and the Scaling of Passive Rotational Damping in Flapping Flight’, in: Science, Vol 324, 10 april 2009

Bret W. Tobalske, ‘Symmetry in Turns’, in: Science, Vol 324, 10 april 2009