Luftakrobat Schmetterling: Erstmals Kraft eines Flügelschlags gemessen

Tokio (Japan) - Laut der Chaostheorie kann ein einziger Flügelschlag eines Schmetterlings indirekt einen Hurrikan auslösen. Mit welchen Kräften sich das Insekt dabei in der Luft hält, konnten nun erstmals japanische Forscher mit winzigen Drucksensoren messen. So übersteigt mit höchstens zehn Pascal der aerodynamische Druck die Flächenbelastung auf den Schmetterlingsflügel um das Zehnfache. Wie die Wissenschaftler im Fachblatt „Bioinspiration & Biomimetics“ berichten, könnten ihre Messungen wichtige Hinweise für den Bau winziger Flugroboter liefern.

„Wir haben bei acht Schmetterlingen die Druckverteilung an vier Stellen der Flügel während des Startens gemessen“, erläutern Hidetoshi Takahashi und seine Kollegen von der Information and Robot Technology Research Initiative an der Universität Tokio ihr Experiment. Der Sensor selbst bestand aus einem piezoeletrischen Modul. Während eines Flügelschlags wird dieses Modul gedehnt oder gestaucht und erzeugt dabei elektrische Spannungen. Aus diesen Messwerten konnten die Forscher auf den Druck, den ein Flügel aufbauen kann, zurückschließen. Am Vorderflügel erzeugten die Schmetterlinge den höchsten Druck mit bis zu zehn Pascal. In der Mitte der Flügel halbierte sich dieser Wert und sank sogar auf etwa zwei Pascal am hinteren Flügelende ab. Zum Vergleich: Drücke der gleichen Größenordnung wirken, wenn ein Pfefferkorn auf einer Briefmarke liegt.

Als Testinsekten wählten Takahashi und Kollegen Schmetterlinge der Art Papilio protenor, da diese sich durch eine große Flügelspannweite bei einem relativ großen Körpergewicht auszeichnen. Der mit Elektronik und Kontakten nur 4,5 Milligramm leichte Sensor machte bei dieser Spezies etwa zehn 10 Prozent des Flügelgewichts aus. So wurden die Schmetterlingen während ihrer Flugmanöver nur wenig eingeschränkt.

Wie sich diese geringen Drücke zu einem Hurrikan aufschaukeln können, können die Forscher jedoch nicht beantworten. Aber für die Entwicklung von kleinen, autonomen Flugroboter, die derzeit nach dem Vorbild von Insekten konzipiert werden, können diese Messungen wichtige Erkenntnisse liefern.