Wat maakt een fruitvlieg zo moeilijk te meppen?

Video door Gijs Walstra

Experimenten met het Delftse robotinsect DelFly Nimble onthullen hoe deze kleine beestjes elke aanslag overleven.  

De DelFly Nimble is de jongste telg van het TU Delft MAVLab, waar onderzoekers al meer dan tien jaar werken aan miniatuur drones (micro air vehicles), vaak gemodelleerd naar insecten. Met de Nimble konden dr.ir. Matěj Karásek en collega’s samen met dr.ir. Florian Muijres van de Wageningen Universiteit het geheim onthullen achter de raadselachtige wendbaarheid van fruitvliegjes. Dat leidde deze week tot een publicatie in Science. 

Hoe werkt de Nimble?
“Onze robot heeft een topsnelheid van 25 kilometer per uur”, legt Karásek uit. “Hij kan snelle draaien van 360 graden maken zoals een rol om de lengteas of een looping. Met een spanwijdte van 33 centimeter en een gewicht van 29 gram kan hij op een volle accu vijf minuten vliegen.”

Dat alles maakt het mogelijk het zeer wendbare gedrag van een fruitvlieg na te bootsen. Ga maar na: als je een fruitvlieg probeert te meppen is de kans groot dat je mis slaat. Ze lijken een overlevingstruc te hebben die ze in staat stelt om snel in de veiligste richting weg te schieten. De Nimble kan dan ook voor-,  achter- en zijwaarts (door aan één kant te flapperen), en draaien om zijn verticale as. (Zie onderstaand filmpje voor demonstraties).

MAVLab video over the DelFly Nimble.

Nadat de onderzoekers het robotinsect voldoende onder controle hadden, programmeerden ze hem zo dat hij gelijktijdig én om zijn lengteas én om transversale as draaide. Tijdens een snelle steile bocht draaide de Nimble vervolgens opeens óók om de verticale as, een derde richting dus.

Passief aerodynamisch effect
De onderzoekers concludeerden dat er kennelijk een passief aerodynamisch effect speelt dat de torsie over onderling loodrechte assen koppelt. Dit effect helpt fruitvliegjes, en mogelijk andere vliegende dieren, om controle te houden in snelle steile bochten. “Anders dan bij de fruitvlieg kunnen we bij de Nimble in zijn brein kijken naar wat hij wil doen en naar wat er gebeurt”, legt Karásek uit aan de telefoon. Zo werd het geheim van de fruitvlieg onthuld.

De Nimble (links) vliegt net als een fruitvliegje (rechts). (Beeld: MAVLab TU Delft)

Dr. Guido de Croon, wetenschappelijk hoofd van het MAVLab, denkt dat de DelFly Nimble naast fundamenteel wetenschappelijke ook praktische toepassingen zal krijgen. Dat lukte bij eerdere modellen niet omdat ze niet wendbaar genoeg waren, of te moeilijk om te bouwen. “De Nimble is wendbaar, gebouwd van standaard onderdelen en heeft een relatief lange vliegtijd. Dat maakt hem interessant voor praktische toepassingen.”

Video door Florian Muijres, Dickinson Lab, University of Washington

• Matěj Karásek, Florian T. Muijres, Christophe De Wagter, Bart D.W. Remes, Guido C.H.E. de Croon, A tailless aerial robotic flapper reveals that flies use torque coupling in rapid banked turns, Science, 13  September 2018.