Een drone die een kapotte motor tijdens de vlucht kan opvangen of een robot die op zijn andere been vertrouwt als eentje het begeeft: dankzij de fruitvlieg kunnen deze apparaten misschien al binnenkort ontworpen worden.

Wanneer een fruitvliegje zijn vleugel bezeert, betekent dit niet gelijk dat hij niet meer kan vliegen. Anders is dat bij door de mens ontwikkelde apparaten, zoals een drone of robot. Wanneer een cruciaal onderdeel breekt, moet het eerst gerepareerd worden voordat het weer zijn taak kan uitvoeren. Maar wat als we nou het trucje van de fruitvlieg afkijken? Als we beter begrijpen hoe de fruitvlieg zijn ‘blessure’ opvangt, kunnen we dezelfde tactiek mogelijk gebruiken om schadebestendige apparaten te ontwikkelen.

Virtual reality
Om beter te begrijpen hoe fruitvliegjes precies met een opgelopen verwonding aan een vleugeltje omgaan, voerden onderzoekers een opmerkelijk experiment uit. Ze verzamelden enkele fruitvliegjes en knipten vervolgens een stukje van één van de vleugeltjes af. Vervolgens plaatsten ze de insecten in een virtual reality-wereld, waar op een klein scherm beelden van een natuurlijke omgeving werden afgespeeld. Omdat de fruitvliegjes dachten dat wat ze zagen echt was, bewogen ze zich alsof ze écht vlogen.

Vleugeltjes
De onderzoekers ontdekten dat de toegetakelde fruitvliegjes hun verminking snel en doeltreffend wisten op te vangen. “We ontdekten dat de vliegjes hun verwonding compenseerden door harder met de beschadigde vleugel te klapperen, terwijl ze hun gezonde vleugel minder snel bewegen,” vertelt onderzoeker Jean-Michel Mongeau. “Ze bereiken dit door signalen in hun zenuwstelsel te moduleren, waardoor ze hun vlucht verfijnen, zelfs na een blessure.”

Stabiliteit
Ook al hadden de fruitvliegjes 40 procent van hun vleugeltje verloren, ze wisten toch in de lucht stabiel te blijven. En dat is indrukwekkend. Je zou namelijk denken dat zowel de prestaties als de stabiliteit eronder zouden lijden. De vliegjes gebruiken echter een soort ‘interne knop’ waarmee ze de demping verhogen. “Als je op een verharde weg rijdt, is er wrijving tussen de banden en het wegdek, waardoor de auto stabiel is,” legt Mongeau uit. “Maar rijd je op een ijzige weg, dan is er minder wrijving tussen de weg en de banden, wat instabiliteit veroorzaakt. In dit geval verhoogt een fruitvliegje actief de demping met zijn zenuwstelsel in een poging de stabiliteit te vergroten.”

Corrigerende beweging
Dankzij de corrigerende bewegingen behouden de fruitvliegjes dus hun stabiliteit. En dat is slim. Ondanks dat fruitvliegjes slechts 200.000 neuronen hebben (ter vergelijking, de mens heeft er maar liefst 100 miljard) blijken ze over een geavanceerd en flexibel ‘controlesysteem’ te beschikken, waardoor ze zich na een ongelukje snel kunnen aanpassen én overleven.

Inspireren
Het onderzoek verschaft niet alleen meer inzicht in het opmerkelijke ‘herstellende’ vermogen van fruitvliegjes. Want mogelijk hebben we er zelf ook wat aan. Volgens het team kan de ontdekking namelijk leiden tot verbeterde en veelzijdige robotica. “Ingenieurs kunnen zich door fruitvliegjes laten inspireren bij de ontwikkeling van fouttolerante robots en drones,” zegt onderzoeker Wael Salem. “Mogelijk kan het leiden tot apparaten die intelligent reageren wanneer ze fysieke schade oplopen, zodat ze toch hun operaties kunnen voortzetten. Denk bijvoorbeeld aan een drone die een kapotte motor tijdens de vlucht kan opvangen of een robot die op zijn andere been vertrouwt als eentje het begeeft.”

Mechanische vleugel
In een vervolgexperiment bouwden de onderzoekers de vleugel van een fruitvliegje na. Vervolgens knipten ze een stuk van deze mechanische vleugel af en testten de interacties tussen de vleugel en de lucht.

De nagebouwde, mechanisme vleugel, geïnspireerd door fruitvliegjes. Afbeelding: Kaushik Jayaram

Uiteindelijk hopen de onderzoekers het trucje van de fruitvlieg af te kijken. Maar er is nog een lange weg te gaan. “De complexiteit die we bij de fruitvliegjes hebben ontdekt, kan momenteel nog niet worden geëvenaard,” zegt Mongeau. “Wat we in de natuur zien, kunnen we dus nog niet technisch repliceren. Dit laat dan ook zien hoeveel we nog moeten leren.”

In ieder geval laat de fruitvlieg wel zien dat het kán. De onderzoekers zijn dan ook van plan hun mechanisch nagemaakte vleugel te blijven verfijnen. En misschien dat schadebestendige robotica over niet eens zo’n lange tijd toch realiteit worden.