Wetenschap - 18 januari 2017

Vliegen met kapotte vleugels (video)

tekst:
Roelof Kleis

Fruitvliegjes kunnen met beschadigde vleugels goed vliegen. Zelfs een halve vleugel is geen probleem. Florian Muijres bracht met supersnelle camera’s in kaart hoe dat werkt.

(Foto: Floris van Breugel, Dickinson Lab)

Vleugelschade komt veel voor bij vogels en insecten. Vogels hebben daar iets op gevonden:  de rui. Het verenpak wordt regelmatig vervangen. Insecten daarentegen beschikken niet over zo’n reparatiedienst. Insecten met kapotte vleugels moeten er maar mee zien te leven. En dat lukt uitstekend. Zelfs een halve vleugel weghalen heeft nauwelijks gevolgen voor de vliegvaardigheid. Hoe spelen ze dat voor elkaar?

Florian Muijres legt het uit in Interface Focus, een journal dat zich richt op het grensgebied van biologie en fysica. Muijres knipte fruitvliegjes een deel van één van beide vleugels af en analyseerde het resulterende vlieggedrag. Daarvoor gebruikte hij drie onderling haaks op elkaar staande high speed-camera’s die de vlucht vastleggen met 7500 beeldjes per seconde. Dat leverde een berg aan gegevens op over het bewegingspatroon van de vleugels, de snelheid van de vleugelslag en de stand van de romp van de vliegjes in de ruimte.

Aan de rol
Beschadiging van een vleugel leidt tot minder draagkracht van die vleugel. De resterende draagkracht is bovendien asymmetrisch verdeeld. De ene vleugel draagt meer dan de andere, wat resulteert in een rotatiemoment die de vlieg doet rollen naar de kant van de kapotte vleugel. Als de vlieg daar niks tegen doet komt-ie in een ‘roll’ terecht en stort neer. Maar dat gebeurt dus niet, tonen de beelden en analyses aan van Muijres en zijn Amerikaanse collega’s van University of Washington.

vleugelschadefruitvlieg.jpg

Integendeel. Ogenschijnlijk moeiteloos en ogenblikkelijk past de vlieg zijn vluchtgedrag aan. Daarbij blijkt dat het gemis aan draagkracht vrijwel uitsluitend wordt gecompenseerd door sneller met de vleugels te klappen. De frequentie van de vleugelslag neemt volgens Muijres met ongeveer 10 procent toe. Om een indruk te krijgen wat dat betekent: een normale fruitvlieg klappert zo’n 200 keer per seconde. Om die verschillen te meten, heb je dus wel
een high-speedcamera nodig.

Eigenlijk zou de vlieg alleen met zijn kapotte vleugel sneller moeten slaan. Maar dat kan niet
Florian Muijres

Maar daarmee is het beestje er nog niet. De snellere vleugelslag verhelpt de rolbeweging niet. Sterker nog, die wordt door het sneller slaan van de vleugels alleen maar erger. Eigenlijk zou de vlieg alleen maar met zijn kapotte vleugel sneller moeten slaan. ‘Maar dat kan niet’, zegt Muijres. ‘Vliegen kan alleen als beide vleugels met dezelfde frequentie flappen.’ Om toch uit die ‘roll’ te blijven doet het beestje iets anders: hij past de grootte van de vleugelslag aan.

- Helaas, uw cookie-instellingen zijn zodanig dat de Video niet getoond kan worden - pas uw permissie voor cookies aan

Borstcrawl
De vleugelslag van insecten heeft wel wat weg van een roeibeweging of de borstcrawl bij het zwemmen. De fruitvlieg maakt met zijn kapotte vleugel een grotere roei van voor naar achteren en weer terug. De gezonde vleugel maakt tegelijkertijd een kortere roei dan voorheen. Die asymmetrie heft de rolbeweging op. De resultante van alle kinematische krachten die in het spel zijn is dat de vlieg lichtjes (10 procent) gedraaid naar de kant van de kapotte vleugel door de lucht  vliegt. Het beestje boet bovendien iets van zijn voorwaartse snelheid in.

beschadigdefruitvliegtekening.jpg

(Tekening: Dickinson Lab)

‘Het meest verrassende’, vindt Muijres, ‘is dat het hele systeem modulair is. Het verlies aan draagkracht wordt volledig opgelost door de vleugelslag te versnellen. De rolbeweging wordt opgeheven door de uitslag van de vleugels aan te passen. Beide staan los van elkaar.’ Ook met die aanpassingen kan de vlieg volgens Muijres nog zijn hele repertoire aan vliegbewegingen maken.

‘Fruitvliegen zijn kennelijk geëvolueerd om schade aan te kunnen’, concludeert Muijres. ‘Aanpassing aan schade zit in het systeem van de vlieg ingebakken. Er is extra capaciteit aan boord om schade op te vangen. Beschadigde vleugels kunnen daardoor veel grotere vleugelslag-amplitudes maken dan je in een normale vlucht zult zien.’ Aan het compenseren van de rolkracht zit overigens een voor de hand liggende grens: de vleugels kunnen geen grotere roei maken dan 180 graden, want dan raken ze elkaar. Met het halveren van een vleugel is volgens Muijres de grens wel ongeveer bereikt.

Robot
Weten hoe de fruitlvlieg in de lucht blijft, heeft ook praktisch nut. Delftse techneuten maken dankbaar gebruik van de opgedane kennis om hun vliegrobotjes (micro-air-vehicles) te leren vliegen. Met geld van de STW, goed voor twee aio’s,  krijgt het project daarom een vervolg. Muijres: ‘Daarbij gaan we kijken hoe vliegen reageren op windstoten. Hoe ze omgaan met veranderende wind. Delft wil die kennis toepassen op hun robotjes.’ 

resource_wageningenur_nl_forum_reactions_wrapper for object 42 of type wm_language nl_gx_webmanager_cms_core_implementation_languageimpl 3

  • Kat

    What do I do this fly won't get off my leg and its wing is broken and I dont want to kill it because it's a baby

    • Cans

      I was in the same situation as you and that is how I came across this. I just carried it to a safer place on a paper towel.

  • Concerned reader

    You cut off its wing knowing that it will not repair itself hand has to live with this damage for the rest of its life? D:


Re:ageer