Elke zonsopgang in Las Cruces, Costa Rica, Het veldteam van River Ingersoll trok de jungle in om de laatste hand te leggen aan bijna onzichtbare netten. Een afgestudeerde student in het lab van David Lentink, assistent-professor werktuigbouwkunde aan de Stanford University, Ingersoll had deze delicate netten nodig om te vangen, bestuderen en vrijgeven van de overvloedige kolibries en vleermuizen in de regio - de enige twee gewervelde dieren met het vermogen om op hun plaats te zweven.

"We zijn echt geïnteresseerd in hoe de zweefvlucht evolueerde, " zei Ingersoll. "Nectarvleermuizen drinken van bloemen zoals kolibries doen, dus we willen zien of er overeenkomsten of verschillen zijn tussen deze twee verschillende taxa."

Ingersolls netten werkten, en hij onderzocht uiteindelijk meer dan 100 individuele kolibries en vleermuizen, die 17 soorten kolibries en drie vleermuissoorten omvat, tijdens zijn veldstudie, de resultaten waarvan de groep publiceerde in wetenschappelijke vooruitgang .

Door een combinatie van high-speed camerabeelden en aerodynamische krachtmetingen, hij en zijn collega-onderzoekers ontdekten dat kolibries en vleermuizen op heel verschillende manieren zweven. Maar ze ontdekten ook dat het zweven van nectarvleermuizen enige overeenkomsten vertoont met het zweven van kolibries - wat fruitvleermuizen niet delen. Dit suggereert dat ze een andere methode hebben ontwikkeld om te zweven in vergelijking met andere vleermuizen om nectar te drinken.

Naast het leren van meer over vleermuizen en kolibries, Lentink en anderen kunnen het geleerde toepassen op technische problemen, zoals het ontwerpen van vliegende robots. Ingenieurs hebben al robots gemaakt die zijn geïnspireerd op kolibries en vleermuizen, maar ze hebben niet geweten welke van de natuurlijke tegenhangers van deze robots het meest effectief zweven.

Kijken naar elke veer

Het is eenvoudig voor te stellen hoe een vliegend dier zichzelf ondersteunt door naar beneden te fladderen, maar om overdreven op en neer dobberen te voorkomen, zwevende dieren moeten deze steun behouden terwijl ze ook omhoog fladderen. Kolibries en vleermuizen bereiken deze prestatie door hun vleugels naar achteren te draaien bij de opwaartse slag, voortdurend lucht naar beneden duwen om ze gestaag omhoog te houden.

"Als je tussen de gewervelde dieren kijkt, er zijn er twee die op een duurzame manier kunnen zweven, ' zei Lentink. 'Dat zijn kolibries en nectarvleermuizen. En je vindt beide in de neotropen, zoals Costa Rica."

Om deze onderwerpen te bestuderen, Ingersoll werkte samen met een al lang bestaand vogelbandproject van Stanford-ecologen in Las Cruces. Vogels en vleermuizen lenen van hun project, hij plaatste elk dier in een vluchtkamer uitgerust met aerodynamische krachtsensoren aan de boven- en onderkant van de kamer - apparatuur ontwikkeld door Lentink's laboratorium om extreem kleine veranderingen in verticale kracht bij 10 te meten, 000 keer per seconde. Deze platen zijn zo gevoelig dat ze de verticale krachten opvangen die worden geproduceerd door elke draai en gefladder van kolibries die slechts 2,4 gram wogen.

Door die krachtmetingen te synchroniseren met meerdere hogesnelheidscamera's die opnemen op 2, 000 beelden per seconde, de onderzoekers konden elk moment van de vluchten van hun proefpersonen isoleren om te zien hoe de lift die ze genereerden, verband hield met de vorm van hun vleugels.

"Ik zat te wachten tot de kolibrie zich aan de bloem voedde. Toen hij eenmaal aan het eten was, Ik activeerde de camera's en de krachtmetingen en we kregen vier seconden beeldmateriaal van de kolibrie die fladdert naar de bloem, ’ zei Ingersoll.

Na hun korte verblijf in de vluchtkamer, Ingersoll bracht de vogels en vleermuizen terug naar de plek waar ze waren gevangen en liet ze vrij. Het hele proces duurde één tot drie uur.

Verschillende manieren om te zweven

De onderzoekers ontdekten dat de vleermuizen en kolibries tijdens deze vluchten allemaal een vergelijkbare hoeveelheid energie uitoefenden in verhouding tot hun gewicht, maar dat de kolibries, fruitvleermuizen en nectarvleermuizen zweefden allemaal op heel verschillende manieren. De kolibries zweefden op een aerodynamisch efficiëntere manier dan de vleermuizen - de kolibries genereerden meer lift ten opzichte van weerstand. Bij het vergelijken van vleugelvormen, de onderzoekers ontdekten dat deze efficiëntie waarschijnlijk is omdat de kolibries hun vleugels gemakkelijker omkeren. Hoewel de vleermuizen moeite hadden met het omdraaien van hun vleugels, ze oefenden een vergelijkbare hoeveelheid energie uit omdat ze grotere vleugels en grotere slagen hebben.

De onderzoekers waren verrast toen ze ontdekten dat nectarvleermuizen, die naar bloemen schuiven als kolibries, genereerde meer opwaartse kracht wanneer de vleugels optilden dan fruitvleermuizen. Kijkend naar hun vleugelvorm, de onderzoekers ontdekten dat nectarvleermuizen hun vleugels veel meer kunnen draaien dan fruitvleermuizen bij de opwaartse slag. De zwevende vorm van nectarvleermuizen is dus als een mix van zwevende vleermuizen en kolibries.

De onderzoekers zijn van plan om voort te bouwen op deze bevindingen als onderdeel van hun werk aan fladderende robots en drones, maar Lentink ziet ook mogelijkheden voor meer werk buiten het laboratorium.

"Toen Rivers voorstelde om deze studie in Costa Rica te doen, een veldonderzoek was iets waar ik nooit op had gehoopt. Nutsvoorzieningen, hij heeft me echt geïnspireerd, " said Lentink. "There are about 10, 000 species of birds and most of them have never been studied. It sounds like too big a study to embark on but that's what I dream about."