Onderzoekers van de Cornell University onderzoeken de fysica achter dit vermogen door video-opnamen met hoge snelheid te maken van libellen tijdens hun vlucht en de gegevens te integreren in computermodellen. Zij zullen hun bevindingen presenteren op de 67e jaarlijkse bijeenkomst van de American Physical Society (APS) Division of Fluid Dynamics, die van 23 tot 25 november in San Francisco wordt gehouden.

“Libellen hebben de neiging om onvoorspelbaar te vliegen – dat is wat ze fascinerend maakt. Ze zweven een beetje, en zo nu en dan maken ze een snelle, scherpe draai. Ze blijven zelden recht voor je camera om over na te denken,” verklaarde hoofdonderzoeker Jane Wang.

In samenwerking met Anthony Leonardo van Janelia Farm, de onderzoekscampus van het Howard Hughes Medical Institute, bedacht Wang een unieke experimentele methode om libellen herhaalbare luchtmanoeuvres te laten uitvoeren: aan de onderkant van elk insect werd een piepkleine magneet bevestigd, waardoor ze ondersteboven aan een metalen staaf konden hangen. Wanneer de magneet wordt losgelaten, aldus Wang, “begrijpen libellen op de een of andere manier de oriëntatie en doen ze een stereotiepe manoeuvre: ze rollen hun lichaam om een draai van 180 graden te maken.”

Door de oriëntatie van het lichaam en de vleugels te volgen met behulp van video-opnamen van deze snelle rol in hoge resoluties, ontdekte het team hoe libellen de aerodynamica van hun vleugels veranderden om de draai uit te voeren.

“De vleugels van een vliegtuig zijn georiënteerd op een vaste hoek. Maar insecten hebben de vrijheid om hun vleugels te draaien,” legde Wang uit. Door de vleugeloriëntatie aan te passen, kunnen libellen de aërodynamische krachten veranderen die op elk van hun vier vleugels werken.

De iriserende insecten kunnen ook de richting veranderen waarin ze met hun vleugels slaan — technisch bekend als hun “slagvlak”. De nieuwe gegevens toonden aan dat libellen de slagvlakoriëntatie van elke vleugel onafhankelijk kunnen aanpassen.

Met zoveel verschillende variabelen is het begrijpen hoe libellen hun vlucht controleren een ingewikkelde taak. “Onze taak is om te proberen de belangrijkste strategieën te achterhalen die libellen gebruiken om te draaien,” legde Wang uit. Zij en haar afgestudeerde student James Melfi Jr. verwerken hun gegevens in een computersimulatie van insecten in vrije vlucht, waardoor ze het afzonderlijke effect van elke kinematische verandering kunnen onderzoeken.

Wang beschreef het werk van haar groep als “het gebruik van natuurkundige principes om dierlijk gedrag te verklaren.”

“Ook al zijn biologische organismen complex, ze gehoorzamen nog steeds aan een aantal basiswetten – in dit geval, vloeistofdynamica. … Ik hoop te begrijpen hoe deze basiswetten de evolutie van insecten en de bedrading van hun neurale circuits beïnvloeden.”