Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Fledermäuse sorgen für Wirbel

14.05.2007
Wissenschaftler klären die komplexe Aerodynamik des Fledermausflügels auf

Fledermäuse sind wahre Flugkünstler der Nacht: Ihre akrobatischen Flugmanöver selbst an schwer zugänglichen Stellen oder im dichten Geäst von Bäumen faszinieren seit jeher gleichermaßen Wissenschaftler wie Laien. Dennoch ist die Aerodynamik des Fledermausflugs lange weitgehend unerforscht geblieben. York Winter hat am Max-Planck-Institut für Ornithologie in Seewiesen zusammen mit einem internationalen Forscherteam die Strömungen und Wirbel analysiert, welche sich während des Flügelschlags an den Membranschwingen kleiner Blütenfledermäuse bilden. Die Forscher fanden heraus, dass die Aerodynamik des Flugs bei Fledermäusen viel komplexer ist als die vergleichbar kleiner Vögel. Die Ergebnisse der Biologen sind auch für den Flugzeugbau von Interesse: Aus den Resultaten lassen sich unter Umständen Prinzipien für den Bau besonders wendiger Flieger ableiten (Science, 10. Mai 2007).


Illustration der Aerodynamik des Fluges einer Blütenfledermaus: die Pfeile veranschaulichen Wirbelströmungen, die Länge eines Pfeils gibt die Geschwindigkeit der Luftmoleküle an diesem Ort an. Bild: L. C. Johansson, M. Wolf, und A. Hedenström

Während die Flügel von Vögeln in sich vergleichsweise starr sind und nur wenige Bewegungen ausführen können, hat die Natur die Fledermäuse mit elastischen und äußerst flexiblen Membranflügeln ausgestattet. So können Fledermäuse optimal schwierige Manöver ausführen, indem sie unter anderem die Krümmung und die Kammerung der Flügel kontrollieren. Man kann sich den Flügel wie eine Hand mit Häuten zwischen den einzelnen Fingern vorstellen, bei der sich durch Spreizen, Anheben oder Senken der Finger die Oberfläche variieren lässt. "Aerodynamisch aktiv" nennen Ingenieure und Biologen eine an die Dynamik des Fliegens so gut angepasste Flughaut.

York Winter, inzwischen Professor an der Universität Bielefeld, hat am Max-Planck-Institut für Ornithologie in Seewiesen zusammen mit Wissenschaftlern der Universitäten München und Lund (Schweden) sowie US-amerikanischen Ingenieuren den "aerodynamischen Fußabdruck" einer kleinen Blütenfledermaus, der Glossophaga soricina, analysiert: "Die Fledermaus hinterlässt in dem Luftvolumen, das sie durchfliegt, charakteristische Wirbel und Strömungen", erklärt Winter. "Im Windkanal können wir diese Wirbelschleppen im Detail analysieren und aus der Topologie der Strömungen berechnen, welche Flügelbewegungen für Schub und Auftrieb beim Fliegen sorgen."

Die in Süd- und Mittelamerika beheimateten Tiere wurden im Windkanal in Seewiesen trainiert. "Für die Messungen ist es besonders wichtig, dass die Tiere stationär fliegen, das heißt relativ zum Windkanal an derselben Position verbleiben, während die Luft an ihnen vorbeiströmt", betont Winter. Die Blütenfledermäuse erwiesen sich dabei als besonders geeignet: Glossophaga ernährt sich von Blütennektar, den sie ähnlich wie Kolibris im Flug aus den Blütenkelchen leckt. Die Biologen lockten die Tiere mit einem künstlichen Blütenkelch - einem dünnen, mit verdünntem Honig gefüllten Röhrchen, das sie im Windkanal befestigten. "Während die Fledermäuse von dem Honig naschen, fliegen sie mehrere Sekunden lang auf der Stelle, so dass die Wirbelschleppe über mehrere Flügelschläge hinweg genau beobachtet werden kann", so Winter.

Die Versuche zeigten, dass die Aerodynamik des Fledermausflugs viel komplexer ist als erwartet: Bei jedem Flügelschlag - und zwar bei Auf- und bei Abschlag - bilden sich Wirbel, die an der Flügelspitze eine andere Charakteristik aufweisen als im Bereich der Flügelmitte. Beim Aufschlag rotieren die Wirbel in der Flügelmitte und an der Flügelspitze in entgegen gesetzte Richtung und führen zu einer Auftriebskraft am Körper und einer Abtriebskraft an den Flügelspitzen.

Für ihre systematische Analyse verwendeten Winter und seine Kollegen die Methode der Digital Particle Image Velocimetry (DPIV). Dabei wird die Strömung in einer Ebene mit kurzen Laserblitzen durchleuchtet. Feine, kaum sichtbare Wassertröpfchen, die die Forscher der Luft zusetzen, reflektieren diese Lichtblitze und machen so die Wirbel sichtbar. Aus den Reflexionsbildern zweier aufeinanderfolgender Blitze rekonstruierten die Wissenschaftler die Geschwindigkeit der einzelnen Partikel - und erhielten so die Topologie der Wirbelströmungen (Abbildung). Diese Messungen wurden in Lund durchgeführt. Dank der hohen räumlichen Auflösung der Geräte dort konnten die vom Flügelschlag der Fledermaus erzeugten Wirbel erstmals detailliert abgebildet werden.

Die Ergebnisse des Forscherteams führen zu neuen und unerwarteten Einblicken in die Physik des Tierflugs. Winter ist überzeugt, dass sich diese Resultate auch technisch ausnutzen lassen: "Ingenieuren könnte das neue Ideen liefern, wie man auch in schwierigen Situationen mit möglichst wenig Kraft Auftrieb erzeugt."

Prof. York Winter leitete von 1999 bis 2006 die von der Volkswagen-Stiftung finanzierte Nachwuchsgruppe Ökologische Neurobiologie am Max-Planck-Institut für Ornithologie in Seewiesen, inzwischen hat er den Lehrstuhl für Kognitive Neurowissenschaften an der Fakultät für Biologie der Universität Bielefeld inne.

Originalveröffentlichung:

A. Hedenström, L. C. Johansson, M. Wolf, R. von Busse, Y. Winter, G. R. Spedding
Bat Flight Generates Complex Aerodynamic Tracks
Science, 10. Mai 2007

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Aerodynamik Fledermaus Seewiese Windkanal Wirbel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Auf der molekularen Streckbank
24.02.2017 | Technische Universität München

nachricht Sicherungskopie im Zentralhirn: Wie Fruchtfliegen ein Ortsgedächtnis bilden
24.02.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie