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 Krebsforschung in der Schwerelosigkeit
18.12.2017 | Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

nachricht Von Alaska bis zum Amazonas: Pflanzenmerkmale erstmals kartiert
18.12.2017 | Max-Planck-Institut für Biogeochemie

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: „Carmenes“ findet ersten Planeten

Deutsch-spanisches Forscherteam entwirft, baut und nutzt modernen Spektrografen

Seit Januar 2016 nutzt ein deutsch-spanisches Forscherteam mit Beteiligung der Universität Göttingen den modernen Spektrografen „Carmenes“ für die Suche nach...

Im Focus: Fehlerfrei ins Quantencomputer-Zeitalter

Heute verfügbare Ionenfallen-Technologien eignen sich als Basis für den Bau von großen Quantencomputern. Das zeigen Untersuchungen eines internationalen Forscherteams, deren Ergebnisse nun in der Fachzeitschrift Physical Review X veröffentlicht wurden. Die Wissenschaftler haben für Ionenfallen maßgeschneiderte Protokolle entwickelt, mit denen auftretende Fehler jederzeit entdeckt und korrigiert werden können.

Damit die heute existierenden Prototypen von Quantencomputern ihr volles Potenzial entfalten, müssen sie erstens viel größer werden, d.h. über deutlich mehr...

Im Focus: Error-free into the Quantum Computer Age

A study carried out by an international team of researchers and published in the journal Physical Review X shows that ion-trap technologies available today are suitable for building large-scale quantum computers. The scientists introduce trapped-ion quantum error correction protocols that detect and correct processing errors.

In order to reach their full potential, today’s quantum computer prototypes have to meet specific criteria: First, they have to be made bigger, which means...

Im Focus: Search for planets with Carmenes successful

German and Spanish researchers plan, build and use modern spectrograph

Since 2016, German and Spanish researchers, among them scientists from the University of Göttingen, have been hunting for exoplanets with the “Carmenes”...

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Neue Konfenzreihe in Berlin: Landscape 2018 - Ernährungssicherheit, Klimawandel, Nachhaltigkeit

18.12.2017 | Veranstaltungen

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Lipid-Nanodisks stabilisieren fehlgefaltete Proteine für Untersuchungen

18.12.2017 | Biowissenschaften Chemie

Von Alaska bis zum Amazonas: Pflanzenmerkmale erstmals kartiert

18.12.2017 | Biowissenschaften Chemie

Krebsforschung in der Schwerelosigkeit

18.12.2017 | Biowissenschaften Chemie