Door Steijn van Schie - 18-01-2020 - Biofysica
De PigeonBot, een op afstand bestuurbare vogelrobot met echte veren. Foto: Lentink Lab / Standford University
Ook bij hevige luchtturbulentie blijven vogelveren netjes aan elkaar vastzitten. Duizenden minuscule haakjes blijken hierachter het geheim.
‘Het is eigenlijk een soort richtingsgevoelig klittenband: naast elkaar gelegen vogelveren blijven alleen aan elkaar haken wanneer een vogel zijn vleugels spreidt en veren uit elkaar dreigen te gaan. Op die manier ontstaan er geen gaten in het verenkleed en blijft de vleugel tijdens de vlucht netjes in vorm.’ Zo beschrijft de bij Stanford University in Amerika werkende Nederlandse bioloog en ingenieur David Lentink zijn in Science (17 januari) gepubliceerde biofysisch onderzoek naar duivenveren. Met de fundamentele kennis uit dat onderzoek wist hij gelijk de eerste vliegende en op afstand bestuurbare vogelrobot met echte veren te bouwen: de PigeonBot (Science Robotics, 16 januari).
Video van het vliegen met de PigeonBot. Bron: Lentink Lab / Stanford University
Haakjes
Het idee dat er op vogelveren microscopische haakjes zitten die de wrijving verhogen, komt al uit de jaren dertig. Toch zijn er volgens Lentink nooit gedetailleerde metingen aan gedaan. Zodoende verzamelde hij samen met collega’s duivenveren via een duivenkweker. ‘Toen we twee veren langzaam over elkaar schoven, bleven ze op het laatste moment aan elkaar haken’, aldus Lentink. ‘En als we ze echt uit elkaar trokken, hoorden we letterlijk ‘krrrrssschht’ – hetzelfde geluid dat ook klittenband maakt.’ Met microscopische technieken bracht het onderzoeksteam de nog nooit eerder gevonden duizenden minuscule haakjes op de veren volledig in kaart in 3D. Vervolgens testten ze met kunstmatige vleugels van echte vogelveren de precieze functie van de haakjes in een windtunnel.
Geluidloos
‘De haakjes geven de garantie dat de veren niet uit elkaar gaan en dat de vleugels weerbaar zijn voor luchtturbulentie’, legt Lentink uit. ‘Dat geldt niet alleen voor duiven, maar bijvoorbeeld ook voor de Amerikaanse zeearend; we hebben het bij meerdere soorten doorgemeten.’ De meeste van de grofweg tienduizend vogelsoorten – groot of klein – beschikken volgens Lentink waarschijnlijk over dit haakmechanisme, behalve vogels die voor jacht nagenoeg geluidloos vliegen, zoals de kerkuil. Zonder haakjes blijkt vliegen ongeveer 40 decibel minder geluid te produceren. ‘Dat maakt uilen weliswaar gevoeliger voor turbulentie, maar luchtturbulentie is ’s nachts – het moment waarop ze jagen – ook minder heftig dan overdag.’
Biomimicry
Volgens Eize Stamhuis, biofysicus aan de Rijksuniversiteit Groningen en niet betrokken bij de studie, ademen de artikelen van de biomimicry. ‘Toch lukt het slechts gedeeltelijk de natuur echt na te bootsen; zonder de echte veren te ‘lenen’ van de duif waren deze studies niet tot deze resultaten gekomen. Maar daarin zit ook gelijk de kracht. Door biologische elementen te implementeren in technische applicaties, begrijpen we nu beter hoe het biologische systeem werkt. Dat is een belangrijk beginpunt om het vervolgens te kunnen toepassen. Al met al prachtig werk, ik word er warm van.’