Fly som en flaggermus

Flaggermus flakser ikke som fugler. De vrikker vingen rundt og lager løft også når vingen går opp, viser bilder av flaggermus i vindtunnel. Framtidas ubemannede mikrofly vil kanskje fly som flaggermusen.

Publisert
"Flaggermus i vindtunnel på Lund universitet. (Foto: Lund universitet, Sverige)"
"Flaggermus i vindtunnel på Lund universitet. (Foto: Lund universitet, Sverige)"

Flaggermus og fugler har utviklet seg uavnhengig av hverandre, og bruker forskjellige teknikker for å fly. Nå har forskere fra Sverige, Tyskland og USA funnet ut hvordan lufta strømmer omkring flaggermusvingen og gir den løft og framdrift.

Når en fugl flakser og vingen går ned, gir vingen dytt og løft. Men når vingen går opp igjen, må fuglen unngå at vingen dytter den nedover. Dermed vrir den fjærene sidelengs slik at de slipper lufta gjennom, omtrent som når en persienne slipper inn lys.

Vrir på vingen

En flaggermus kan ikke slippe lufta gjennom på samme måte. Vingen er ei hinne av hud spent ut mellom lange fingerbein. Derfor har evolusjonen funnet på noe annet når vingen går opp.

Flaggermusa vrir vingen rundt og beveger den enda fortere enn luftstrømmen som treffer den forfra. Med denne snedige bevegelsen klarer den å lage oppdrift og framdrift også når vingen går opp.

"Flaggermusen i vindtunnelen med materøret som gav den honningvann. (Foto: Lund universitet, Sverige)"
"Flaggermusen i vindtunnelen med materøret som gav den honningvann. (Foto: Lund universitet, Sverige)"

Flaggermusa har også en annen grunn til å flakse som den gjør. En fuglevinge blir stivet opp av fjærene. En flaggermusvinge må holdes spent ut av luftstrømmen hele tida, ellers vil den skrukke seg sammen til unyttige hudfolder som ødelegger flukten.

Derfor må flaggermusen også spenne ut vingen og lage løft når vingen går opp.

Flaggermus i vindtunnel

Forskerne tok bilder av flaggermus i flukt i en vindtunnel ved Universitetet i Lund i Sverige. De ble lokket inn i tunnelen med honningvann som kom ut av et rør.

Lufta i vindtunnelen ble tåkelagt og det ble fyrt av korte glimt med infrarødt lys som ikke flaggermusen kunne se.

Glimtene ble filmet og tåkehvirvelene gav forskeren mønstre som viste hvordan vingen laget løft. Denne teknikken kalles Particle Image Velocimetry, PIV. Resultatene ble presentert i en artikkel i siste nummer av tidsskriftet Science.

"Flaggermusen Glossophaga soricina i flukt i vindtunnelen på Lund universitet i Sverige. Pilene viser luftas hastighet omkring vingene. Bilde: Lund universitet, Sverige)"
"Flaggermusen Glossophaga soricina i flukt i vindtunnelen på Lund universitet i Sverige. Pilene viser luftas hastighet omkring vingene. Bilde: Lund universitet, Sverige)"

Framtidas mikrofly

Forskerne mener også at resultatene deres kan brukes til å lage framtidas ubemannede mikrofly. Flaggermusene er spesielt gode til å skifte kurs lynraskt og manøvrere i trange områder.

Framtidas mikrofly kan trenge de samme evnene når de skal rekognosere i fiendeland eller smette inn og ut mellom folk og biler i trange gater. Men vil menneskeskapte fly noensinne få vinger som kan flakse?

Flaksende fly får vel de fleste til å tenke på gamle komiske stumfilmopptak der flypionerene hadde like dårlig flaks som flyene. Men såkalte ornithoptere har faktisk en ukjent men stolt tradisjon.

Disse dristige menn med de flaksende fly

Allerede i 1870 fløy en flaksende modell hele 70 meter. Vingene ble drevet av små kruttladninger som puffet på en metallfjær.

Seinere ble det laget mange strikkflymodeller der strikken drev flaksende vinger, også som leketøy. Det hittil mest avanserte radiostyrte leke-ornithopteret produseres av det kinesiske firmaet WowWee.

Kunstige modellfugler var ikke alt for vanskelige å lage. Verre var det å få ornithoptrene store nok til å bære en mann.

Tragisk suksess

"Adalbert Schmids ornithopter, 1942"
"Adalbert Schmids ornithopter, 1942"

I 1942 fløy Adalbert Schmid sitt ornithopter opptil 15 minutter om gangen i nærheten av München. De flaksende vingene ble drevet av en tre hestekrefters motorsykkelmotor.

Verre var det med ornithoptere drevet av menneskekraft. 20. april 2006, etter 211 mislykkede forsøk, klarte franskmannen Yves Rosseau riktignok å fly 64 meter.

Under neste forsøk kom imidlertid et vindkast og fikk vingene til å falle fra hverandre. Rosseau falt til jorden og ble lam for livet, men han fikk en medalje.

Feite fugler faller til jorda

Det er ikke så vanskelig å forstå hvorfor ingen har klart å lage større flaksende fly. Jo større en gjenstand er, desto tyngre blir den i forhold til overflaten. Det betyr at vingene blir så store og tunge at de ikke klarer å flakse fort nok.

"Pterosaurus. (Bilde: Naturhistorisk museum, Universitetet i Oslo)"
"Pterosaurus. (Bilde: Naturhistorisk museum, Universitetet i Oslo)"

Av samme grunn finnes det ingen fugler som er like store som de største dyra på land eller i havet. De største flygende skapninger verden noensinne har sett var flygeøglene.

Smithsonian Institution i USA fikk laget en modell i halv skala av flygeøglen Pterosaurus, med et vingespenn på fem og en halv meter. Modellen hadde flaksende vinger og avansert datastyring.

Stort større enn Pterosaurusens vingespenn på 11 meter er det ikke mulig å bli uten at tyngdeloven gir deg permanent flyforbud.

Spionfly i natten

Små modell-ornithoptere har likevel vært en suksess. I Colorado i USA blir fjernstyrte ornithoptere som ligner hauker brukt til å skremme en utrydningstruet skogshøne, slik at den skal holde seg på bakken og la seg fange for nærmere undersøkelser.

Fordi ornithoptere ligner fugler, kan de også brukes som ubemannede spionfly. Ingen vil mistenke en kunstig flaggermus som snitter hjørnene i fiendens hovedkvarter med kamera og mikrofon under buken.

Firmaet AeroVironment har lenge produsert ubemannede fly for militæret. Nå har de også utviklet et fjernstyrt ornithopter for mulige spionoppdrag.

I tillegg til å utnytte flaggermusens manøvreringsevner, vil et flaksende modellfly faktisk bruke mindre energi enn dagens fly med faste vinger.

Flaksing er vanskelig

"Entomopter, utviklet av Robert C. Michelson"
"Entomopter, utviklet av Robert C. Michelson"

Problemet er at vingebevegelsene er så kompliserte at det kreves avansert teknologi for å etterligne dem, både kunstige muskler og datamaskiner som kan etterligne nervesystemene som styrer musklene.

Robert C. Michelson fra Georgia Tech Research Institute har utviklet en kunstig muskel som omdanner kjemisk energi direkte til bevegelsesenergi uten forbrenning ved høy temperatur.

En fugl på planeten Mars?

Den såkalte Reciprocating Chemical Muscle har Michelson blant annet brukt i sin egen utgave av ornithopteret, kalt entomopter. Entomopteret ligner en øyenstikker.

Den amerikanske romfartsorganisasjonen NASA har fattet interesse for den kunstige fuglen. Den vil kanskje kunne brukes på planeten Mars og la framtidige romsonder sveve ubesværet over kronglete terreng.

Entomopteret får nå utviklingsstøtte fra både det amerikanske luftvåpenet og NASA.

Referanse:

Bat Flight Generates Complex Aerodynamic Tracks
A. Hedenström, L. C. Johansson, M. Wolf, R. von Busse, Y. Winter, G. R. Spedding

Lenker:

Tidsskriftet Science
Firmaet Avinc, som lager fjernstyrte fly blant annet til militært bruk
Nettsted om entomopteret
Firmaet WowWee, som lager et leketøysornitohopter