Flygmekanism hos fjärilar fascinerar

En vedertagen teori bland forskare har tidigare varit att fjärilar är aerodynamiskt ineffektiva, eftersom vingarna är exceptionellt stora i förhållande till kroppen jämfört med andra flygande insekter. Genom att studera vingslagen hos silverstreckade pärlemorfjärilar har två forskare vid Lunds universitet nu kunnat visa att fjärilar har en elegant flygmekanism som förbättrar flygprestandan.

Studien genomfördes i universitetets vindtunnel där forskarna i detalj studerade vingslagen vid fri flykt och hur de påverkade luftflödena. När fjärilar flyger slås vingarna ihop mot varandra över kroppen för att skapa kraft, och den aerodynamiska funktionen beskrevs redan på 70-talet som viktig hos flygande insekter. Det Lundaforskarna nu dessutom såg var att vingarna är så flexibla att de kupas när de slås ihop, vilket skapar en ficka fylld med luft mellan dem. När vingarna därefter slås ihop helt skjuts luftfickan bakåt och bildar en jetstråle av luft som får fjärilarna att färdas framåt. 

– Man har tidigare inte kunnat undersöka vingslagen som vi gjort nu. Det var spännande att efter 50 år av teorier kunna testa hur mekanismen faktiskt fungerar på en riktig och fritt flygande fjäril, säger Per Henningsson, som tillsammans med Christoffer Johansson är forskarna bakom studien.

Den vetenskapliga artikeln hittar du här.

Effektiviteten överraskande hög

Utöver att studera vingslagen har forskarna även konstruerat två mekaniska vingpar som efterliknar fjärilens. Det ena gjort i stelt balsaträ och det andra i elastiskt latexmembran, där den enda skillnaden mellan dem var att de i latex formade en luftficka mellan vingarna precis som fjärilarna. 

När forskarna sedan beräknade skillnaden i vingparens effektivitet när de slås samman på liknande sätt som fjärilarna gör överraskades de av resultatet. De elastiska vingarna visade sig vara 28 procent effektivare och skapa 22 procent mer kraft än de stela vingarna i trä.

– Det här visar att fjärilarnas vingar aerodynamiskt sett är mycket mer avancerade och effektiva än forskare tidigare trott, säger Per Henningsson. 

Kan gynna utveckling av drönare

Teknikutvecklingen har länge, om inte alltid, hämtat inspiration från naturen. Precis som att flygplansvingar efterliknar fåglars kan fjärilars vingslag nu inspirera utvecklingen av drönare.

– Man skulle kunna undersöka om det går att konstruera en luftficka likt fjärilens i designen hos små drönare som drivs med hjälp av vingar. Effektivitet är nyckelordet här, och den skulle nog förbättras avsevärt med den här typen av mekanism, säger Per Henningsson. 

Samma funktion kan finnas hos fler djurgrupper

Förmågan att bilda luftfickor för att skapa kraft framåt är inte exklusiv för fjärilar. Även andra djur som vissa typer av fiskar och grodor gör förmodligen samma sak, men det är ännu ett outforskat område.

– Här borde det undersökas mer, det skulle inte förvåna mig om det visar sig att fler djur har en elegantare design än vi tror. Fiskar som simmar genom att slå med sina flexibla fenor mot kroppen skulle kunna tänkas använda sig av en liknande mekanism, säger Per Henningsson. 

Nu vill forskarna mer detaljerat undersöka hur effektiva olika flexibla material är. Förhoppningen är att hitta det optimala mekaniska vingslaget som genererar mest kraft.

– Det vore häftigt om vi kunde hitta ett mönster i hur vingslagen ser ut hos olika flygande insekter som också har förmågan att bilda luftfickor, tillägger Per Henningsson.