Delftse minidrone laat zien hoe vliegen vliegen

Onderzoekers hebben een minidrone gemaakt die geheel zelfstandig vliegt als een vlieg. De Delfly Nimble laat zien hoe vliegen hun vliegensvlugge bochten maken. Dat publiceert een team van de universiteiten van Delft en Wageningen in vakblad Science.

Iedereen die weleens heeft geprobeerd een vlieg dood te meppen of het raam uit te bonjouren, weet dat deze beestjes verrekte wendbaar zijn. Rustig zittend op de vensterbank veinzen ze niets in de gaten te hebben, maar als het erop aankomt slagen ze erin de vliegenmepper met snelle en onvoorspelbare manoeuvres moeiteloos te ontwijken.

delfly-nimble-karasek-drone-delft
De Delfly Nimble: een stuk groter dan een fruitvlieg, maar klein genoeg om zijn beweging na te bootsen. Beeld: Henri Werij, TU Delft

Wetenschappers zoeken al jaren het geheim achter die wendbaarheid. Dat blijkt echter lastig te vinden. Beelden van hogesnelheidscamera’s geven de beweging van vliegen in detail weer, maar daarop zie je alleen wat voor bochten ze maken – niet hoe ze die bochten maken. Want net zoals je op de fiets een bocht kunt maken door het stuur te draaien, maar ook door zijwaarts te leunen, kunnen vliegen op meerdere manieren van koers veranderen.

Onderzoekers kunnen nog niet in het brein van vliegen kijken om te achterhalen welke techniek ze gebruiken. Wel zijn er computermodellen gemaakt die de vliegbeweging mogelijk verklaren, maar die bevatten te veel onzekerheden om uitsluitsel te geven.

Te lomp

De laatste jaren beschikken onderzoekers over een nieuwe troef: minidrones die als vliegen vliegen. Ze geven zo’n robotvlieg verschillende vaardigheden mee. Vervolgens kijken ze bij welke programmering zijn beweging overeenkomt met die van echte vliegen.

Tot dusver waren robotvliegen echter veel te lomp om hun biologische evenknie te evenaren. En als ze al klein genoeg waren, zoals de Nano Hummingbird, dan moesten ze op afstand bestuurd worden.

Robotvlieg en fruitvlieg maken identieke bochten. Beeld: TU Delft

De Delfly Nimble brengt daar nu verandering in. De robotvlieg heeft een spanwijdte van 33 centimeter. Nog altijd zo’n 55 keer zo groot als een fruitvlieg, de vliegensoort waarop de onderzoekers zich richtten, maar klein genoeg om de beweging daarvan na te bootsen. Want, zo stellen de onderzoekers in de publicatie, die vliegbeweging heeft bij insecten van allerlei soorten en maten dezelfde kenmerken.

Rollen, stampen, gieren

De Delfly Nimble blijft in de lucht door 17 keer per seconde met zijn vleugels te flapperen. Zijn topsnelheid is 25 kilometer per uur. ‘De robot kan zelfs agressieve manoeuvres uitvoeren, zoals draaiingen van 360 graden’, zegt onderzoeksleider Matěj Karásek in een persbericht.

Bochten maakt de Delfly Nimble via kleine aanpassingen in zijn vleugelbeweging. Hij kan op drie manieren draaien: rond zijn lengte-, breedte- en hoogte-as, oftewel rollen, stampen en gieren. Bij kenners van schepen en vliegtuigen zijn deze termen ongetwijfeld bekend. Voor de rest: dit komt overeen met het maken van respectievelijk een radslag, salto en pirouette.

Sterke steun

De uitwijkmanoeuvres van de robot bleken gelijk aan die van echte fruitvliegjes wanneer de onderzoekers hem twee van de drie draaibewegingen actief lieten uitvoeren: rollen en stampen. De robot had dus geen ‘gierfunctie’ – als hij die draaiing maakte, was dat een passief gevolg van de andere twee draaibewegingen.

Daaruit concluderen de onderzoekers dat fruitvliegjes bochten maken door actief te rollen en stampen en passief te gieren. Ze weten natuurlijk niet honderd procent zeker of dat echt zo is. Maar de minidrone weerspiegelde de beweging van het insect zo goed, dat de resultaten de hypothese volgens de onderzoekers ‘sterk ondersteunen’. Bovendien zagen ze dat een actieve gierbeweging de snelheid van de bochten niet verbeterde.

De Delfly Nimble is niet alleen gebouwd om nieuw inzicht te geven in de aerodynamica van fruitvliegjes. Dankzij zijn kleine formaat en grote wendbaarheid kan hij ook op plekken rondvliegen waar andere drones niet kunnen komen, zoals in kleine ruimten of gebieden met veel mensen.

Dit bericht verscheen 11 september 2018 op de website van New Scientist.

Volgens Wordpress verwante berichten:

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *