Fliegen wie ein Vogel – das war schon immer ein großer Menschheitstraum.
Der erste große Bionikpionier, der sich mit der Technik des Fliegens beschäftigt hat, war Leonardo da Vinci. Er war besessen von der Vorstellung in die Lüfte aufzusteigen. Deshalb entwarf er die verschiedensten Fluggeräte und ließ auch einige davon anfertigen. Doch die Materialien und die Technik, die da Vinic in seiner Zeit zur Verfügung standen, waren nicht geeignet. So erreichte da Vinci seinen Lebenstraum nicht, denn keines seiner Flugmodelle war flugtauglich.
Luftfahrt – ein Ergebnis intensiver Vogelstudien
Auch die ersten Luftfahrtpioniere studierten den Vogelflug. Otto Lilienthal und sein Bruder Gustav nahmen sich Storchenflügel zum Vorbild für die Tragflächen ihrer Flugapparate. Denn sie hatten beobachtet, dass die Storchenflügel eine Wölbung aufwiesen. Otto Lilienthal war auch der erste, der auf Grund seiner Vogelbeobachtungen erkannte, dass man für technische Fluggeräte den Auftrieb von Vortrieb entkoppeln musste. Beim Vogel dienen die Flügel sowohl dem Auftrieb als auch dem Vortrieb. Flugzeuge werden von Turbinen oder Propellern angetrieben und für den Auftrieb sorgen die Tragflächen.
Ornithopter – Flügelschlaggeräte
Doch es gibt auch Fluggeräte, die wie ein Vogel mit den Flügeln schlagen. Man bezeichnet diese Flugapparate als Ornithoper. Der Begriff setzte sich aus dem griechischen Wort „ornithos“ für Vogel und dem letzten Wortteil von Helikopter zusammen. Diese Flügelschlag-Geräte eigenen sich jedoch nur für relativ kleine Fluggeräte, die maximal Platz für eine Person bieten. Bei großen Flugzeugen ist ein Flügelschlag nicht möglich, da die Bewegung den Auftrieb zu stark beeinträchtigen würde und das Flugzeug nicht die notwendige Geschwindigkeit erreichen würde, um abzuheben. Im Miniaturformat – in der Größe von Insekten – könnten sie zukünftig als unbemannte Aufklärer dienen und in unzugängliche Gebiete vordringen.
Der Vogelflug
Vögel schlagen nicht einfach mit den Flügeln auf und ab. Erst mit der Erfindung der Fotografie Ende des 19. Jahrhunderts bekam man Einblick in die schnell ablaufende Bewegung des Flügelschlags. Es zeigte sich, dass die Flügel eine Acht beschreiben: Beim Abwärtsschlagen bewegt der Vogel seine Flügel nach vorn und beim Heben des Flügels, dem Aufschlag, verdreht er die Vorderkante Flügel nach oben. Durch diese Art der Bewegung erzielt der Vogel einen günstigen Auftrieb.
Die Flügel der Vögel passen sich den jeweiligen Bedingungen an. So spreizt der Vogel seine Flügelspitzen auseinander, wodurch er den Luftwiderstand verringert. Diese Beobachtung hat man erfolgreich in die Flugtechnik übertragen. Heute verfügen viele Flugzeuge über Winglets. Diese Flügelaufbauten erzeugen an den Enden der Tragflächen viele kleine Luftwirbel, die den Luftwiderstand herabsetzen und somit Helfen, Treibstoff einzusparen.
Manövrieren im Flug
Neueste Forschungen zeigen, dass Tiere mit einem ähnlichen Körperbau dieselbe Manövriertechnik. Egal ob Fruchtfliege, Fledermaus oder Vogel – sie alle setzten dieselbe Flugtechnik ein, um die Richtung im Flug zu ändern. Dazu bewegen die Tiere ihre Flügel weiterhin synchron, doch sie variieren die Stärke des Flügelschlags. So schlägt das Tier in einer Linkskurve mit dem linken Flügel kräftiger nach unten, als mit dem rechten Flügel. Bei der folgenden Aufwärtsbewegung verleiht das Tier dem rechten Flügel mehr Schwung. Dieses Phänomen bezeichnet man als Flügel-Gegenmoment. Es erhöht die Stabilität während des Flugmanövers, wodurch die Tiere eine Kurve in der Luft mit geringerer Geschwindigkeit nehmen können. Diese Erkenntnis soll nun auf Fluggeräte übertragen werden, um ihre Manövriereigenschaften zu verbessern.
Quelle: Science Bd. 324, Nr. 5924, S. 252, “Wingbeat Time and the Scaling of Passive Rotational Damping in Flapping Flight”