Hvordan frugtfluer udfører vendinger under flyvningen

Insekternes halsbrækkende flyveevner er forbløffende at se. Men det er også en hovedskraber for fysikere og ingeniører, der længe har kendt til aerodynamikkens skalaafhængighed, der gør flyvning til en noget anden sag for en frugtflue, end den er for en due eller en jumbo.

Mens vi i århundreder har kendt til principperne for løft, der holder et fly i luften, har fysikere først i de sidste 10 år opdaget, hvordan insektvinger skaber løft gennem generering af og interaktion med hvirvler.

Efter at have løst den gåde, vender opmærksomheden sig mod den måde, insektflyvere kontrollerer deres bevægelser. Spørgsmålet er, hvordan disse flyvere manipulerer deres vinger til at udføre sving under flyvningen, nogle gange ekstremt skarpt og med relativt høj hastighed?

Svaret kommer i dag fra Jane Wang og venner på Cornell University, som har undersøgt, hvordan frugtfluer vender sig ved hjælp af tre kameraer i rette vinkler, der optager billeder med en hastighed på 8000 billeder i sekundet, eller omkring 35 billeder pr. vingeslag.

Frugtfluer genererer løft og fremdrift ved at padle deres vinger frem og tilbage i en slags robevægelse. Højhastighedsfilmoptagelser viser, at hver vinges angrebsvinkel i jævn flyvning er omtrent den samme under frem- og bagudslag, og at bevægelsen af ​​venstre vinge afspejler den højre. Så ved jævn flyvning udligner det drejningsmoment, der genereres af hver vinge.

Men under et sving siger Wang og co, at en frugtflue ændrer angrebsvinklen på en vinge med omkring 9 grader, hvilket genererer ekstra træk, der får frugtfluen til at dreje.

Så forestil dig at se ned på en frugtflue under flugten. En ændring i angrebsvinklen på højre fløj genererer træk, der får fluen til at dreje med uret.

Det interessante ved Wang-teamets analyse er deres konklusioner om, hvordan en frugtflue styrer denne ændring i vingevinkel. Det ser ud til, at meget af en flues evne til at flyve er en funktion af selve vingernes styrke og elasticitet: De er designet til at ro. Det reducerer straks kommando- og kontrolbyrden på frugtfluens centralnervesystem.

Dette er en idé kaldet passiv dynamik, hvor et systems design inkluderer kapaciteten til at kontrollere bevægelse som standard, som en fjerbolds evne til at orientere sig under flyvning.

Wang og co siger, at drejning ser ud, som om det er udført ved en meget lille ændring af vingehængslets fjederlignende adfærd. Og at dette sagtens kan gøres ved hjælp af en forholdsvis lille muskel.

Vores model forudsiger, at flyvemuskler hos fluer kan virke over adskillige vingeslag for at fordreje vingestigningen og alligevel generere de undervingeslagsændringer i vingebevægelser, der aerodynamisk inducerer manøvren, siger teamet.

Det lyder måske lidt esoterisk, men det skulle vise sig at være af stor værdi for det voksende antal ingeniører, der forsøger at bygge robotmikro-luftfartøjer med insektlignende vinger.

Wang og co konkluderer: Den simple mekanisme, der bruges af frugtfluer, kan være ret generel og bør ligeledes forenkle kontrollen af ​​flagrende flyvemaskiner.

Er der nogen der har hørt den summende lyd?

Ref: arxiv.org/abs/0910.0671 : Frugtfluer modulerer passiv vingepitching for at generere vendinger under flyvningen

skjule