Flappy leert ons vliegen als een vlieg
Een robot die ontworpen werd om met slaande vleugels te vliegen zoals een vlieg dat doet, blijkt ook in staat tot het soepele bochtenwerk waarmee vliegen steeds weer aan hun belager ontsnappen.
Biologen zijn dankbare gebruikers van hogesnelheidscamera’s. De eerste beelden van een paard in beweging zijn zelfs al gemaakt vóór de uitvinding van de filmcamera. Eadweard Muybridge zette een hele reeks fototoestellen op een rij, elk verbonden met een gespannen draad, en stuurde dan een paard in galop doorheen de rij draden. Hij wou weten of een paard in galop al dan niet met alle vier de poten tegelijk van de grond komt. (Het antwoord was ja.)
Ook de luchtacrobatie van vliegende insecten is uitgebreid gefilmd. Maar zelfs hogesnelheidscamera’s zijn niet in staat om alle trucs van het vliegvak te achterhalen. Hoe maak je bijvoorbeeld in volle vlucht een plotse haakse bocht, om een aanzoevende krant of duikende vogel te ontwijken, of om zelf achter een ontwijkende prooi aan te gaan? Ook met stapels beelden en biomechanische reconstructies van hoe vleugels, spieren en pantser kunnen bewegen, kwam men er niet uit.
Flappy
Ingenieurs van de Technische Universiteit Delft, bekend om haar luchtvaartafdeling, en biologen van de universiteit van Wageningen, sterk in biowetenschappen, sloegen de handen in elkaar. Ze bouwden een vuistgroot robotje met vier flapperende vleugels. Doordat Flappy – officieel heet hij
DelFly Nimble, maar dat is een tongbreker – 55 keer groter is dan een fruitvlieg, kan hij navenant trager bewegen. Waardoor je beter kunt filmen wat er gebeurt. En doordat de ingenieurs de software die hem aandrijft zelf schrijven, weten ze bij voorbaat precies wat hij doet. Op die manier konden ze uitzoeken hoe een fruitvlieg in staat is om plotse snelle bochten te nemen, schrijven ze in Science.
De onderzoekers kozen voor een fruitvlieg – een dier met twee vleugels – omdat daar in Wageningen al heel wat onderzoek naar was gedaan. Vliegen hebben geen staart en kunnen die dus ook niet gebruiken bij het sturen. Zowel het draaien van hun lichaam naar de nieuwe vliegrichting als het rollen – het ‘zich leggen’ in de bochten – moet dus puur met de vleugels gebeuren. Wat prima lukt, zoals iedereen weet die al eens geprobeerd heeft om een (fruit)vlieg uit de lucht te meppen. Maar hoe een vlieg precies een bocht neemt, dat wist niemand. Proberen dus maar.
Of vliegen ‘actief’ of ‘passief’ door de bocht gaan, was onbekend. Oefenden ze zelf kracht uit om hun lichaam rond zijn verticale as te draaien – ‘gieren’, in luchtacrobatietermen – of kantelden ze gewoon hun lijf en gleden ze passief door de bocht, een beetje zoals een skiër die opzij gaat hangen? Of een autocoureur die een bocht neemt met een ‘gecontroleerde slip’? Passief gaat het beste, zo toonde Flappy. Je kunt het beste pas na de bocht actief bijsturen en je lijf weer in lijn brengen met je bewegingsrichting, net zoals die autocoureur doet. Dat gaat het snelst en met de minste energieverspilling.
Zuinig door de bocht
Rollen (kantelen langs de lengteas) doet Flappy door de linker en rechtervleugels met een verschillende snelheid te doen slaan. Om naar links of rechts te draaien, verandert Flappy normaal de hoek van de vleugels ten opzichte van het lichaam. Maar een snelle haakse bocht bleek niet beter te gaan als de ingenieurs ook een draaicommando gaven, boven op het rolcommando. Als het snel moet gaan, kantel dan gewoon opzij en laat de natuurkrachten de rest doen. Dat spaart nog energie uit ook. En energie, of juister: batterijgewicht, is belangrijk voor een robotvlieg.
Flappy heeft nog meer kunstjes in huis. Hij kan ook perfect ter plaatse blijven hangen, en ‘flips’ van 360 graden uitvoeren. Bij een vliegtuig met staart zou je spreken van een looping of een kurkentrekker. Hij haalt een topsnelheid van 25 kilometer per uur, en ondanks zijn slechts 28,2 gram (waarvan 2,8 gram computerhersenen) heeft hij genoeg batterijen aan boord om het een kilometer lang uit te houden. Of om vijf minuten ter plaatse te blijven klapwieken, 17 keer per seconde.
‘Geen enkele vliegrobot kan dergelijke prestaties laten zien’, zeggen de vorsers in een persbericht. ‘Hij vliegt efficiënter dan een klassieke drone. En hij is nog veilig in de buurt van mensen ook.’ Bovendien zit Flappy volgens zijn bouwers eenvoudig in elkaar, met onderdelen die je gewoon in de handel kunt krijgen. Het tuigje werd puur gebouwd voor onderzoek, maar in Delft denken ze dat het ook geschikt kan zijn ‘voor toepassingen in het echte leven’.
Hoe een vlieg precies een bocht neemt, wist niemand