De Delfly

Reportage fruitvliegdrone

Een drone die vliegt als ‘het jachtvliegtuig onder de insecten’

De Delfly Foto Jiri Buller

Een klapwiekend dronetje van de TU Delft blijkt zo veel overeenkomsten te hebben met het vlieggedrag van de fruitvlieg, dat zowel biologen als robotonderzoekers ervan kunnen leren.

Matěj Karásek plukt de klapwiekende drone bij de staart uit de lucht, waarop de vleugels stoppen met fladderen en de stilte in de arena terugkeert. De vijf minuten daarvoor heeft DelFly, zoals de minidrone heet, luchtacrobatiek bedreven voor de fotograaf, die hem liggend op de grond probeert vast te leggen.

DelFly kan in een oogwenk een ‘koprol’ maken, kan stil hangen (‘hoveren’), rechtstandig stijgen en dalen en vliegen als een vliegtuig. Zaken die een gewone drone ook kan, zegt de van oorsprong Tsjechische onderzoeker aan de TU Delft. ‘Maar doordat DelFly vleugels heeft in plaats van rotors, doet hij verschillende vliegtaken efficiënter.’ Dat blijkt: DelFly kan minutenlang vliegen op het piepkleine accuutje in zijn staart.

Nieuw is DelFly niet, de eerste versie koos al in 2005 het luchtruim. Daarna werd hij verbeterd. Hij kreeg camera’s en sensors die hem zelfstandig door onbekende ruimten laten navigeren. Karásek verwijderde de staart. Die was nodig om het toestel stabiel te houden; vliegen ging niet zonder. Karásek bouwde een automatische piloot in, bestaande uit een piepkleine drie-assige gyroscoop en een accelerometer, die het toestel nu in balans houdt.

Insectenjachtvliegtuig

‘Eerdere versies moesten altijd zachtjes blijven bewegen’, vertelt Guido de Croon, onderzoeksleider van het dronelab van de TU Delft. Na de staartamputatie hoeft dat niet meer. Nog een pluspunt: het klapwiekende dronetje is nu veel wendbaarder. Zo wendbaar dat DelFly vlieggedrag vertoont van een fruitvliegje. Die geldt als het jachtvliegtuig onder de insecten: probeer er maar eens een te pletten tegen een muur. Lukt niet.

Om een aanstormende hand te ontwijken, kan een fruitvlieg gelijktijdig een roll en een pitch maken: razendsnel draaien om zijn as én om zijn lengte. DelFly kan precies dezelfde manoeuvre uitvoeren. ‘Hij blijkt daardoor geschikt om hypothesen te testen over het vluchtgedrag van fruitvliegjes’, zegt Karásek.

Matěj Karásek vliegt met de Delfly in een kooi voor drones Foto Jiri Buller

Een van de meest bestudeerde insectensoorten ter wereld, zegt bioloog en luchtvaartkundig ingenieur Florian Muijres van Wageningen Universiteit en mede-auteur van de studie. Muijres onderzoekt onder meer met hogesnelheidscamera’s de fysica van het vliegen. ‘Die begrijpen we inmiddels goed, maar daaronder ligt het controlesysteem: hoe stuurt de fruitvlieg zijn vleugels aan? Dat is heel lastig te bestuderen.’

Hier komt de Delftse robot van pas. De onderzoekers hebben de ‘algoritmen’ in de fruitvlieg nagebouwd voor de robot. ‘En toen bleek dat DelFly vergelijkbare manoeuvres kan maken.’

Omdat zijn brein programmeerbaar is, kunnen de onderzoekers hem vaak dezelfde wending laten uitvoeren, of telkens net een beetje anders. ‘Doordat we precies weten wat er in zijn brein gebeurt’, zegt De Croon, ‘verschaft de drone inzicht in de fruitvlieg’. En de fruitvlieg dus in de drone; zó’n opwindende ontdekking dat het wetenschappelijk tijdschrift Science er vrijdag een coverstory aan wijdt.

‘Een mooie studie’, zegt emeritus hoogleraar Bionica John Videler, niet bij het onderzoek betrokken. ‘De toevoeging van een gyroscoopje is een geweldig idee.’ Wel noemt Videler het jammer dat de onderzoekers gebruik maken van vier vleugels, terwijl een fruitvlieg er maar twee heeft. ‘Daardoor lijkt hij er niet meer echt op. De keuze voor vier vleugels wordt me niet helemaal duidelijk.’

Libelle

DelFly heeft er vier omdat hij dan stabieler is, zeggen de onderzoekers. De studie laat volgens Muijres zien dat het kennelijk niet veel uitmaakt. ‘We hadden ook voor een libelle kunnen kiezen, die wel vier vleugels heeft, maar we weten zo veel van de fruitvlieg dat we ons daarop hebben gericht.’ Dat de onderzoekers er niettemin in geslaagd zijn het ontwijkgedrag van de fruitvlieg zo goed na te bootsen, duidt er volgens Videler op dat een robotvlieger mogelijk de driedimensionale maneuvreereigenschappen van de fruitvlieg juist imiteert.

Doordat de vleugels zijn gemaakt van zacht pet-plastic en versterkt met carbon staketseltjes, zijn ze onschadelijk als ze een keer tegen iemand aanvliegen. Een stuk veiliger dus vergeleken met de sneldraaiende rotors van ‘gewone’ quadcopters.

Op termijn komen de praktische toepassingen, hopen de onderzoekers. Bijvoorbeeld in kassen, waar de zachtflappende dronetjes tussen menselijke medewerkers gewasinspecties kunnen uitvoeren, autonoom vliegend in zwermen. Over een jaar of vijftien zullen ze misschien kunnen helpen bij de bestuiving, denkt De Croon.

Zo werkt de Delfly

Twee piepkleine motortjes regelen de snelheid waarmee de vleugels flappen, en laten Delfly zo stijgen en dalen, maar door de ene motor iets sneller te laten draaien, kan Delfly ook naar links en rechts hellen. Een andere ‘actuator’ laat hem naar voren of naar achter hellen, zodat hij kan vliegen als een vliegtuig. Een volgende actuator laat hem om zijn as tollen. Het dronetje met een spanwijdte van 33 centimeter kan hierdoor in elke richting bewegen en kan rondjes van maar liefst vijfduizend graden per seconde maken. Anders gezegd: per seconde kan hij in theorie bijna veertien keer on de rondte tollen.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@volkskrant.nl.