Wetenschappers lieten met een robotische torenvalk zien hoe vogels tijdens het vliegen reageren op turbulente lucht.
Australische torenvalken kunnen iets wat kleine drones vaak nog lastig vinden: ze blijven opvallend stabiel in de lucht hangen, ook als de wind onrustig is. Onderzoekers van RMIT University en de University of Bristol wilden weten hoe ze dat doen. Daarom bouwden ze een robotvogel die de belangrijkste bewegingen van een Australische torenvalk kan nadoen. Het onderzoek is gepubliceerd in Journal of the Royal Society Interface.
Hoe torenvalken vliegen
Het onderzoek laat zien dat vooral de samenwerking tussen de vleugels en de staart belangrijk is. Onderzoeker Matt Penn legt uit: “Vogels vertrouwen niet op een standaardreactie op windvlagen. Ze passen steeds hun vleugels en staart aan om in balans te blijven.” Volgens Penn helpt de natuurlijke buigzaamheid van veren en gewrichten daarbij aanzienlijk: daardoor worden plotselinge veranderingen in de luchtstroom voor een groot deel opgevangen.
Om al die verschillende bewegingen beter te begrijpen keken de onderzoekers eerst naar hoe echte Australische torenvalken vliegen. Dat gebeurde in de grote windtunnel van RMIT University in Australië. Met bewegingscamera’s volgden ze hoe de vogels hun vleugels en staart gebruikten tijdens het stilhangen in de lucht. Daarbij blijft een vogel op één plek hangen in de lucht, zonder steeds met zijn vleugels te slaan.
Daarna bouwde het team een robotvogel die de belangrijkste houdingen van de torenvalk na kon doen. Denk bijvoorbeeld aan het strekken en intrekken van de vleugels en het spreiden en kantelen van de staart. In de windtunnel konden de onderzoekers daarna precies meten welke krachten elke beweging opleverde.
Belangrijk inzicht
Dat leverde een belangrijk inzicht op. Als de robot de vleugels en de staart tegelijkertijd spreidde ontstond daardoor meer lift. Daardoor werd het makkelijker voor de robot om de huidige houding aan te houden. Met andere woorden: de vogel kan omhoog of omlaag corrigeren zonder daarvoor voorover of achterover te kantelen. Dat is handig in turbulente lucht, waar kleine verstoringen elkaar snel opvolgen.
Onderzoeker Mario Martinez Groves-Raines zegt: “Door een robotvogel te maken konden we precies meten hoe bepaalde bewegingen bijdragen aan stabiel vliegen. Daardoor ontdekten we de rijke hoeveelheid aan technieken die een torenvalk gebruikt om zo indrukwekkend stabiel in de lucht te hangen.” Die technieken kunnen volgens hem helpen om kleine vliegtuigen en drones wendbaarder te maken.
Daarnaast valt ook op dat de bouw van een torenvalk aanzienlijk lijkt te helpen. Doordat het meeste gewicht in het midden zit hoeft de vogel minder massa te verplaatsen tijdens het uitvoeren van correcties. Daardoor wordt de vogel een stuk sneller en wendbaarder. Bij veel vogelvormige drones is die gewichtsverdeling heel anders: daarbij zijn de staart en vleugels vaak veel stijver en veel zwaarder. De onderzoekers denken dat de drones daardoor minder makkelijk kunnen reageren op windstoten of veranderingen in de luchtstroom.
Robotvogels
De ontdekking is relevant omdat kleine vogelvormige drones steeds vaker worden gebruikt. Ze maken luchtfoto’s, helpen bij zoek- en reddingsacties, controleren landbouwgrond en kunnen zelfs pakketjes bezorgen. Echter kunnen ze niet goed omgaan met harde windstoten en turbulente windstromen, waardoor ze vaak aan de grond moeten blijven als de weersomstandigheden niet goed genoeg zijn.
Als ingenieurs beter begrijpen hoe vogels met die turbulente lucht omgaan kunnen ze drones ontwerpen die veiliger en stabieler vliegen. Denk aan drones die lichter zijn, een betere gewichtsverdeling hebben of mogelijk de vorm van hun vleugels aan kunnen passen. Onderzoeker Abdulghani Mohamed zegt: “Dit onderzoek laat zien wat er allemaal mogelijk is als ingenieurs naar de natuur kijken voor oplossingen. Hopelijk helpen deze resultaten met het ontwerpen van vliegtuigen en drones die beter met turbulentie om kunnen gaan.”
De onderzoekers willen tijdens een vervolgonderzoek kijken naar het zintuiglijke deel van vliegen: torenvalken kunnen ook kleine veranderingen in de luchtstroom heel snel waarnemen. Als duidelijker wordt hoe ze dat doen kan dat nieuwe ideeën opleveren voor betere sensoren.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Waarom deze piepkleine vogel uit Nederland duizenden kilometers omvliegt en Drone ontdekt dat er mogelijk dodelijk virus rondgaat onder walvissen . Of lees dit artikel: Olifanten blijken snel te wennen aan observerende drones .
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
