Hoe fruitvliegen bochten tijdens de vlucht uitvoeren

Het halsbrekende vliegvermogen van insecten is verbazingwekkend om te zien. Maar het is ook een hoofdbrekens voor natuurkundigen en ingenieurs die al lang bekend zijn met de schaalafhankelijkheid van aerodynamica die vliegen voor een fruitvlieg een heel andere zaak maakt dan voor een duif of een jumbo.

Hoewel we al eeuwenlang op de hoogte zijn van de principes van lift die een vliegtuig in de lucht houden, hebben natuurkundigen pas in de afgelopen 10 jaar ontdekt hoe insectenvleugels lift creëren door het genereren van en interactie met vortices.

Nu dat raadsel is opgelost, gaat de aandacht naar de manier waarop insectenvliegers hun beweging beheersen. De vraag is hoe deze vliegers hun vleugels manipuleren om tijdens de vlucht bochten te maken, soms extreem scherp en met relatief hoge snelheid?

Het antwoord komt vandaag van Jane Wang en vrienden van de Cornell University die de manier hebben bestudeerd waarop fruitvliegjes draaien met behulp van drie camera's in een rechte hoek, die beelden opnemen met een snelheid van 8000 frames per seconde, of ongeveer 35 frames per vleugelslag.

Fruitvliegen genereren lift en voortstuwing door hun vleugels heen en weer te peddelen in een soort roeibeweging. Hogesnelheidsfilmbeelden laten zien dat bij een constante vlucht de aanvalshoek van elke vleugel ongeveer hetzelfde is tijdens de voorwaartse en achterwaartse bewegingen en dat de beweging van de linkervleugel de rechterkant weerspiegelt. Dus tijdens een constante vlucht wordt het koppel dat door elke vleugel wordt gegenereerd, opgeheven.

Maar tijdens een bocht, zeggen Wang en co, verandert een fruitvlieg de aanvalshoek van een vleugel met ongeveer 9 graden, waardoor extra weerstand ontstaat waardoor de fruitvlieg gaat draaien.

Dus stel je voor dat je tijdens de vlucht neerkijkt op een fruitvlieg. Een verandering in de aanvalshoek van de rechtervleugel genereert weerstand die ervoor zorgt dat de vlieg met de klok mee draait.

Wat interessant is aan de analyse van het Wang-team, zijn hun conclusies over hoe een fruitvlieg deze verandering in vleugelhoek regelt. Het lijkt alsof een groot deel van het vermogen van een vlieg om te vliegen een functie is van de sterkte en elasticiteit van de vleugels zelf: ze zijn ontworpen om te roeien. Dat vermindert direct de commando- en controlelast op het centrale zenuwstelsel van de fruitvlieg.

Dit is een idee dat passieve dynamiek wordt genoemd, waarbij het ontwerp van een systeem het vermogen omvat om beweging standaard te regelen, zoals het vermogen van een shuttle om zich tijdens de vlucht te oriënteren.

Wang en co zeggen dat draaien eruitziet alsof het wordt uitgevoerd door een zeer kleine wijziging in het veerachtige gedrag van het vleugelscharnier. En dat dit eenvoudig kan met een relatief kleine spier.

Ons model voorspelt dat de vliegspieren van vliegen over verschillende vleugelslagen kunnen werken om de toonhoogte van de vleugels te beïnvloeden en toch de sub-vleugelslagveranderingen in de vleugelbeweging te genereren die de manoeuvre aerodynamisch induceren, aldus het team.

Dat klinkt misschien wat esoterisch, maar het zou van grote waarde moeten blijken te zijn voor het groeiend aantal ingenieurs dat probeert robotachtige microluchtvoertuigen te bouwen met insectenachtige vleugels.

Wang en co concluderen: Het eenvoudige mechanisme dat door fruitvliegen wordt gebruikt, kan vrij algemeen zijn en zou ook de besturing van klapperende vliegmachines moeten vereenvoudigen.

Heeft iemand dat zoemende geluid gehoord?

Referentie: arxiv.org/abs/0910.0671 : Fruitvliegjes moduleren passieve vleugelpitching om tijdens de vlucht wendingen te genereren

zich verstoppen