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Fledermäuse verwenden Mini-Muskeln, um ihre Flügel im Flug zu drehen, und Drohnen könnten es auch

2019

Fledermausflügel sind mächtige Dinge

Haarfeine Muskeln, die in die Haut ihrer Flügel eingebettet sind, ermöglichen Fledermäusen wie dieser jamaikanischen Fruchtfledermaus, die Steifheit und Krümmung ihrer Flügel an verschiedenen Punkten des Flügelschlags zu verändern. Diese Beobachtung könnte dazu beitragen, das Design mechanischer Flugflächen zu verbessern.

Wenn ein Vogel oder eine Fledermaus fliegt, geht es um viel mehr als nur um ein einfaches Flattern. Dies ist einer der Gründe, warum Menschen so unglaublich lange gebraucht haben, um wie einer von ihnen zu fliegen (mehr dazu hier). Die körperliche Bewegung ist unglaublich komplex, mit einer leichten Krümmung an den Schultern beim Auf- und Abschlag. Dann gibt es die kleinen Anpassungen, die kleinen Änderungen, die dem Tier helfen zu tauchen, einen Cent einzuschalten und schnell auszusteigen.

Die Fledermäuse sind auf einzigartige Weise dafür gerüstet. Sie sausen und wirbeln mit höchster Präzision, um Hindernissen auszuweichen, Pollen und Früchte zu finden und winzige, unregelmäßig fliegende Beute zu fangen. Sie können es dank ihrer Membranflügel tun, die aus einer lederartigen Haut bestehen, die zwischen ihren Händen, Unterarmen und Schultern gespannt ist. Die Membran fängt Luft wie ein Drachen ein - winzige Anpassungen können großen Änderungen im Flug gleichkommen. Das ist aus evolutionärer Sicht gut, weil es weniger Energie verbraucht. Aber es ist auch schwierig, solche Flügel zu kontrollieren. Sie können abstürzen, wenn Sie nicht vorsichtig sind.

Fledermäuse haben eine Reihe einzigartiger, schwacher Muskeln, die sogenannten Plagiopatagiales proprii, die in ihre Flügelmembranen eingebettet sind. Wissenschaftler kennen sie seit einem Jahrhundert, aber niemand hat erklärt, wofür sie da sind.

Jorn Cheney, Doktorand an der Brown University und Hauptautor eines neuen Artikels über diese Muskeln, wollte es herausfinden. Er dachte, sie könnten entweder wichtige Aktivatoren sein, die zusammenarbeiten, um einen Fledermausflügel zu formen und Kraft auszuüben, oder passive Sensoren, mit denen ein Fledermaus fühlen kann, wie sehr sich sein Flügel ausdehnt, damit er sein Flugmuster sicher anpassen kann.

Er verwendete eine dünne Schicht flüssigen Latex, um winzige dünne Elektroden an den Flügeln von drei männlichen jamaikanischen Fruchtfledermäusen anzubringen. Als sie aus ihrer Narkose erwachten, flogen sie in einem Windkanal herum, während Cheney sie mit 500 Bildern pro Sekunde filmte. Hier ein Beispiel:

Es stellte sich heraus, dass die PP-Muskeln für einen kontrollierten Fledermausflug absolut entscheidend waren. Sie spannen sich beim Abschlag des Schlägers an und entspannen sich beim Aufschlag, wobei sie synchron wirken, um den Flügel des Schlägers zu versteifen. Sie können sogar ihre Beugung und Entspannung an die Geschwindigkeit des Schlägers anpassen, wie beispielsweise das Schalten von Gängen. Wenn Fledermäuse schnell fliegen, spannen sich ihre Muskeln im Abwärtszyklus schneller an. All dies ermöglicht es dem Schläger, fein abgestimmte Anpassungen an seinem Flug vorzunehmen und diese sehr schnell vorzunehmen.

"Weil Fledermäuse diese Muskeln in ihren Flügeln haben und auch Knochen, die die allgemeine Form steuern können, können sie eine beliebige Anzahl von Profilen annehmen", sagt Cheney.

Dies ist aus biologischen Gründen ein interessanter Fund, hat aber auch Auswirkungen auf vom Menschen entworfene Schlagflieger.

In einem anderen Labor in ganz Brown arbeiten die Ingenieure an Robotern, die von Fledermäusen inspiriert sind. Der Doktorand Joseph Bahlman baute einen 3-D-gedruckten Roboterfledermausflügel auf der Basis der kleineren Fruchtfledermaus mit Hundegesicht und testete ihn letztes Jahr. Dieser Flügel enthielt eine elastische Membran, die über mit Kunststoff bedruckte "Knochen" gespannt war. Jetzt optimiert das Team sein Design, um die spezialisierten Muskeln zu berücksichtigen.

"Dies ist ein weiterer Knopf, den wir jetzt drehen müssen", sagt Ingenieurprofessor Kenneth Breuer, der eine Begleitarbeit zur Minimuskelforschung verfasst hat. "In der Lage zu sein, diese Membranflügel zu verwenden und die Eigenschaften so zu steuern, wie wir es von Fledermäusen vermuten, ist eine großartige Chance für biomimetische Systeme."

Die Artikel erscheinen in Bioinspiration and Biomimetics .

(h / t: David Orenstein und Brown Life Sciences)

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