De Kulibrie - een miniatuurvliegtuigje dat zich in de gekste bochten kan manoeuvreren

Nauwelijks een decimeter groot en een paar suikerklontjes zwaar: meer hoeft een eindwerk ingenieurswetenschappen niet te zijn, vond Frederik Leys. Voor zijn masterproef ontwierp hij de Kulibrie, een miniatuurvliegtuigje dat zich in de gekste bochten kan manoeuvreren, met dank aan de rosse kolibrie. Heel vernuftig, vond ook de jury van de Vlaamse Scriptieprijs. Frederik haalde de shortlist van de Scriptieprijs én van de Agoriaprijs voor technologisch en innovatief onderzoek. Die laatste won hij ook, zo bleek op de prijsuitreiking in museum M op maandag 19 december.

“Ik kreeg het idee voor mijn Kulibrie tijdens het vak probleemoplossen en ontwerpen, waarvoor we een microvliegtuig met flappende vleugels – een ‘ornithopter’ – moesten ontwerpen,” vertelt Frederik Leys, die inmiddels als onderzoeker aan de slag is aan het Departement Werktuigkunde. “Toen ging het nog om een vliegtuig met een spanwijdte van 60 centimeter, maar dat leek me veel te groot. De winst van flappende vleugels is net dat zo’n vliegtuigje in staat is tot luchtacrobatie: het kan zich in allerlei bochten manoeuvreren en een grillig parcours afleggen. Ideaal om in te zetten in kleine, smalle ruimtes dus, en daarvoor is 60 centimeter gewoon te breed. In de buitenlucht is dat manoeuvreren minder van belang, en bovendien zijn vliegtuigjes met vaste vleugels en helikopters op een grotere schaal efficiënter qua energieverbruik.”

De ‘Kulibrie’ van Frederik is véél kleiner geworden dan 60 centimeter. Het is een fragiel ogend vliegtuigje met een vleugelspanwijdte van zo’n tien centimeter, en broze, doorschijnende vleugels als van een libel. “De naam ‘Kulibrie’ is natuurlijk niet toevallig gekozen: ik baseerde de anatomie en de vleugelslag op de rosse kolibrie. Kolibries en grote insecten voelen de lucht ‘stroperig’ aan, een beetje zoals wij water aanvoelen. Dat stroperige is nodig om de juiste aerodynamische krachten op te wekken om in de lucht te blijven. Als model had ik de keuze tussen de rosse kolibrie en de manduca sexta (de tabakspijlstaart, een nachtvlinder – red.), twee diertjes waarvan de flappende vleugelslag al uitgebreid bestudeerd is. Maar de rosse kolibrie heeft kleinere vleugels die sneller slaan, waardoor die een groter gewicht kunnen tillen. De vlinder kan hooguit 1,6 gram tillen, mijn Kulibrie weegt 4 gram, het batterijtje van 1 gram inbegrepen.”

Spionage?

Maar wat is nu precies het geheim van de vleugelslag van de Kulibrie? “Kolibries bewegen hun vleugels niet verticaal, zoals grotere vogels, maar horizontaal, van achter naar voor en terug – dat is de slagbeweging. Daarbij maken ze ook nog een kantelbeweging, waarbij de vleugels op het einde van elke slag een kwartslag gedraaid worden – dat is de pitchbeweging. De rosse kolibrie maakt die hele vleugelslag 40 keer per seconde. Vooral de pitchbeweging ligt mechanisch erg moeilijk, en daarom bootste men tot nu toe enkel de slagbeweging na. Ik ben erin geslaagd bij mijn Kulibrie zowel de slagbeweging als de pitchbeweging te imiteren, en bij mijn weten is het daarmee het eerste lichtgewichtmechanisme van die grootte dat dat kan.”

“Die flappende vleugels maken de Kulibrie op termijn heel wendbaar. Een kolibrie kan voorwaarts, zijwaarts en achterwaarts vliegen, blijven zweven en als het moet ondersteboven landen, en dat is cruciaal om te manoeuvreren in kleine ruimtes. Dat is momenteel nog niet het geval voor mijn Kulibrie, aan de manoeuvreerbaarheid wordt dit jaar gewerkt. De bedoeling is ook de Kulibrie uit te rusten met een camera. Hij zou dan bijvoorbeeld na een aardbeving ingezet kunnen worden om slachtoffers te zoeken in ruïnes, of bij een ramp als Fukushima zou hij in groep uitgestuurd kunnen worden om de exacte schade vast te stellen. Hij is ook geschikt voor spionageopdrachten – veel geld voor dit soort onderzoek komt van het leger – maar ik denk toch liever aan toepassingen als het verzamelen van wetenschappelijke informatie in het oerwoud. Dat is voorlopig toekomstmuziek. Mijn Kulibrie vliegt nog niet vrij, normaal kan hij dat tegen het einde van dit academiejaar. De camera en de commerciële inzetbaarheid zijn iets voor op het einde van een eventueel doctoraat.”

http://www.scriptieprijs.be

Bekijk de Kulibrie in actie in het filmpje van de Scriptieprijs

Contact

Onderzoeker Frederik Leys, GSM 0487 39 69 75

Bron: Campuskrant KU Leuven