Vogel met brilletje onthult fouten in theorieën over vliegen

14 december 2016

Amerikaanse onderzoekers van Stanford University hebben een muspapegaai getraind om door een veld van laserlicht en stofdeeltjes te vliegen. Op die manier testten de onderzoekers bestaande modellen overde neerwaartse druk van vliegende dieren. Dankzij die nieuwe gegevens moet een aantal bestaande theorieën herzien worden.

De onderzoekers trainden een muspapegaai, genaamd Obi, om een beschermende bril te dragen en op commando van de ene naar de andere stok te vliegen. Vervolgens vulden ze een kamer met aerosol (kleine stof- en waterdeeltjes die in de lucht zweven) waarop ze laserlicht projecteerden. 

 Wanneer Obi door het laserlicht vliegt, beweegt hij met zijn vleugels de lucht met daarin de aerosol. Een high speed camera die 1000 beeldjes per seconde schiet legde de bewegingen van Obi vast. Op die manier kregen de onderzoekers het duidelijkste beeld tot nu toe van de luchtstromen veroorzaakt door vleugels van vogels.

Drie theorieën testen

Bij eerdere metingen keken onderzoekers naar de lucht een aantal vleugelslagen achter een vogel. Bij Obi lag de focus op de luchtstromen direct rond de vleugel. Dat leverde nieuwe gegevens op. Voorheen werd gedacht dat de luchtwervelingen veroorzaakt door vleugelslag nog lang intact bleven, zoals bij vliegtuigen. Dit nieuwe onderzoek wijst uit dat zulke wervelingen bij vogels al vrij snel en erg abrupt verdwijnen.

Na verdere tests bleek dat drie bestaande theorieën die neerwaartse druk voorspellen ook niet kloppen. Het team van Stanford rekende met die drie theorieën uit hoeveel neerwaartse druk Obi zou moeten genereren. Vervolgens werd met nauwkeurige meetapparatuur de daadwerkelijke neerwaartse druk gemeten. De theoretische en de daadwerkelijke waardes bleken erg uiteen te lopen.

Nieuwe modellen nodig

Het onderzoek met Obi laat zien dat het ontwerpen van vliegende robots op basis van de natuur erg lastig is. De bestaande theorieën zijn vaak gebaseerd op verschillende dieren (vogels, vleermuizen, insecten), waardoor de theorieën lastig te vergelijken zijn. De theorieën waarmee nu vliegende robots worden ontworpen blijken toch niet zo betrouwbaar. Volgens de onderzoekers moeten metingen van de neerwaartse druk gecombineerd worden met gedetailleerde metingen van de luchtstromen om op die manier de aerodynamica van vliegende dieren beter te begrijpen.

Bron: Lift calculations based on accepted wake models for animal flight are inconsistent and sensitive to vortex dynamics (6 december 2016)