Algemeen nieuws

< VorigeAfbeelding 1 van 1Volgende >

De kolibrie staat bekend om zijn lage en prettige ‘hum'-toon, een geluid dat voortkomt uit zijn snelle vleugelslag tot wel 40 slagen per seconde. Maar hóe de vleugel dat kenmerkende geluid maakt, is nu pas opgehelderd. Onderzoekers van de TU Eindhoven, TU/e-spin-off bedrijf Sorama en Stanford University observeerden de vogel daarvoor minutieus met 12 hogesnelheidscamera's, 6 drukplaten en 2176 microfoons. Wat blijkt? De zachte en complexe vleugels van een kolibrie maken op dezelfde manier geluid als simpelere vleugels van insecten doen. De nieuwe inzichten kunnen bijdragen aan het stiller maken van apparaten als ventilatoren en drones.

Het team van ingenieurs is er daarmee in geslaagd om voor het eerst bij een vliegend dier de precieze oorsprong van het vleugelgeluid te achterhalen. Het vleugelgeluid van een kolibrie blijkt namelijk te ontstaan door het drukverschil tussen de boven- en onderkant van de vleugels, dat in grootte en oriëntatie varieert als de vleugel op en neer slaat. Deze drukverschillen zijn essentieel voor de kolibrie, omdat ze de netto aerodynamische kracht leveren waarmee de vogel opstijgt en stil in de lucht kan hangen.

In tegenstelling tot andere vogelsoorten, wekt de kolibrievleugel zowel tijdens de opwaartse vleugelslag, als tijdens de neerwaartse vleugelslag een sterke aerodynamische kracht naar boven op. Dus twee keer per slag. De opwaartse lift blijkt nu de grootste bijdrage te leveren aan het hum-geluid van de kolibrie.

Zoemen, brommen, hummen en wooshen
Hoogleraar David Lentink van Stanford University: "Daarom maken vogels en insecten zoveel verschillende geluiden. Muggen zoemen, bijen brommen, kolibries hummen en grotere vogels whoosen. De meeste vogels zijn relatief stil omdat ze maar één keer, bij de neerwaartse vleugelslag, de meeste lift genereren. Kolibries en insecten zijn luidruchtiger omdat ze dat twee keer per vleugelslag doen."

Die resultaten brachten de onderzoekers samen in een 3D-geluidsmodel van vogel- en insectenvleugels. Het geeft biologisch inzicht in hoe vleugels geluid maken en voorspelt ook hoe de aerodynamische prestaties van een flappende vleugel het geluid zijn volume en ‘kleur' geeft. "Het kenmerkende geluid van de kolibrie wordt als prettig ervaren door de vele ‘boventonen' die ontstaan vanwege het variëren van de aerodynamische krachten op de vleugel. De kolibrievleugel is daarom vergelijkbaar met een heel mooi gestemd muziekinstrument", licht Lentink glimlachend toe.

High-tech geluidscamera
Om tot hun model te komen, onderzochten de wetenschappers zes ‘Anna's' kolibries, die veel voorkomen rondom Stanford. Ze lieten de vogels één voor één in een speciale ruimte uit een nep-bloem met suikerwater drinken. Rondom de ruimte, voor de vogel niet zichtbaar, stonden de camera's, microfoons en druksensoren opgesteld om elke vleugelslag tijdens het stilhangen voor de bloem minutieus vast te kunnen leggen.

 
De kolibrie vliegt in de experimentele setup. Foto: Lentink Lab / Stanford University

De apparatuur die daarvoor nodig was, is niet zomaar in iedere winkel te koop. Onderzoeker en CEO Rick Scholte van Sorama, een spin-off van de TU Eindhoven: "Om het geluid zichtbaar te maken en gedetailleerd te kunnen onderzoeken, gebruikten we door ons bedrijf ontwikkelde geluidscamera's. Optische camera's zijn daarvoor verbonden met een netwerk van 2176 microfoons. Samen werken zij een beetje zoals een warmtecamera waarmee je een warmtebeeld kunt tonen. Wij maken het geluid zichtbaar in een ‘heatmap', waarmee je de 3D-geluidsvelden in detail kunt zien." 

Nieuwe aerodynamische druksensoren
Om die 3D-geluidsbeelden te kunnen interpreteren, moet je weten welke beweging de vogelvleugel maakt op elk geluid-meetpunt. Daarvoor kwamen de twaalf hogesnelheidscamera's van Stanford van pas, die frame-voor-frame de exacte vleugelbeweging vastlegde.

 
Rondom de experimentele setup, staan 12 hogesnelheidscamera's and 2176 microfoons opgesteld om iedere vleugelslag van de kolibrie nauwkeurig te bestuderen. Foto: Sorama.

Lentink: "Maar daarmee ben je er nog niet. We wilden ook de aerodynamische krachten meten die op de vleugel van de kolibrie inspeelden tijdens de vlucht. Daar moesten we speciale apparatuur voor ontwikkelen." Zes erg gevoelige drukplaten wisten uiteindelijk de lift en de weerstandsdruk bij het op en neer bewegen van de vleugels vast te leggen tijdens een vervolgexperiment. Een unicum. 

De terabytes aan gegevens moesten vervolgens worden gesynchroniseerd. De onderzoekers wilden namelijk precíes weten bij welke vleugelpositie welk geluid en welke druk ontstond. Scholte: "Omdat licht zoveel sneller reist dan geluid, moesten we elk frame voor zowel de camera's als de microfoons apart kalibreren zodat de geluidsopnames en de beelden steeds precies overeenkomen." Bovendien stonden de camera's, microfoons en sensoren natuurlijk allemaal op een andere plaats in de ruimte, waardoor de onderzoekers ook nog moesten corrigeren voor de plaats in de ruimte.

Algoritme als compositietekenaar
Heb je uiteindelijk per frame de vleugelplaats, het bijbehorende geluid én de druk naast elkaar gelegd, dan kan het interpreteren van de gegevens beginnen. Dat deden de onderzoekers met kunstmatige intelligentie, iets waarop promovendus Patrick Wijnings van de TU/e zich toelegde.

Wijnings: "We ontwikkelden daarvoor een algoritme dat uit de metingen een 3D-geluidsveld kan interpreteren. Hiermee bepaalden we het meest waarschijnlijke geluidsveld van de kolibrie. De oplossing voor dit zogenoemde inverse-probleem lijkt op wat een compositietekenaar bij de politie doet: met behulp van enkele aanwijzingen de meest betrouwbare tekening van de dader maken. Op die manier voorkom je dat een kleine verstoring in de metingen het resultaat verandert."

Al die resultaten wisten de onderzoekers uiteindelijk terug te brengen tot een simpel 3D-geluidsmodel, geleend uit de vliegtuigwereld en wiskundig aangepast naar flappende vleugels. Het model voorspelt accuraat welk geluid een flapperende vleugel maakt, niet alleen van de kolibrie, maar ook van andere vogels, vleermuizen, insecten en zelfs bij robots met flapperende vleugels geïnspireerd op dieren.

 
Ook drones kunnen op dezelfde manier worden bestudeerd, om ze stiller te maken. Foto: Sorama.

Drones stiller maken
Hoewel het niet de focus van dit onderzoek was, kan de opgedane kennis ook vliegtuigen, drones en ventilatoren van laptops en stofzuigers verbeteren. Als je namelijk weet hoe de complexe aerodynamische krachten van een dier geluid produceren, dan kun je die kennis gebruiken om vliegende of bewegende apparaten die complexe krachten genereren, stiller te maken.

Dat is dan ook precies wat Sorama beoogt: "Wij maken geluid zichtbaar om apparaten geluidsarmer te kunnen maken. Geluidsvervuiling wordt een steeds groter probleem. En alleen een decibelmeter gaat dat niet oplossen. Je moet weten waar het geluid vandaan komt en hoe het wordt geproduceerd, om het weg te kunnen nemen. Daar zijn onze geluidscamera's voor. Dit onderzoek naar de kolibrievleugel geeft ons een compleet nieuw en zeer accuraat model als uitgangspunt, om nóg beter ons werk te kunnen doen", concludeert Scholte.

Dit onderzoek verschijnt op 16 maart in het journal eLife .

Afdrukken | Mail door

Meer algemeen nieuws

> PGS-richtlijn voor opslag ...
> TU Delft's Control Room of...
Toon volledig overzicht

Column / Opinie

Software-boycot?

Kerncentrales, Covid-19, Semiconductors en Robotisering

Hoe een Thaise wrap naar elektronica leidt

Toon alle columns / opinies

Energietechniek

Lees hier nieuws rond het thema Energietechniek.

Advertorial

VanLien/ABB Noodverlichting wijst de weg
Test je kennis & win een slipcursus!
Het doel van noodverlichting is eenvoudig: zorgen voor een veilige uitweg. Hoe regel je dat? Wat weet jij over noodverlichting? Test je kennis in de WegWijsQuiz van VanLien/ABB Noodverlichting. Je maakt dan kans op een slipcursus op Circuit Zandvoort. Naar de Quiz! >>

Sponsored content

  
Nauwkeurige en ergonomische schroevendraaiers van WERA
Service- en onderhoudsbenodigdheden van de serie Kraftform Micro. Lees meer >>

advertorial

Sinds 1999 waarborgt ICAPE Group de toelevering van printen en op maat gemaakte technische onderdelen voor grote spelers in de globale elektronica-industrie. Met bijna 3000 actieve klanten ontwikkelt het Franse bedrijf zich tot een van de gevestigde wereldleiders in zijn sector.

Vacatures

ASML - Veldhoven
Management Assistant
Does assisting top managers in a dynamic, high demanding, international environment energize you? Then ASML is what you are looking for! Every day you use technology that contains microchips. From smartphones and laptops, to washing machines, credit cards and cars. ASML is the world leader of advanced technology systems for the semiconductor industry. Due to our growth we are continuously searching for new talent. We like to welcome pro-active team players and strong communicators who can deliver high quality services to our Management Support Organization (MSO). You will be part of a creative, dynamic work environment with encouraging management assistants. We have multiple opportunities for junior, mid-level and senior candidates.
Read more >>
Application form >>

Hertek B.V. - Weert
Teamleider Service (50% Weert - 50% landelijk)
Ben jij op zoek naar een zeer afwisselende en interessante teamleiders functie?
Wil je naast het aansturen van je service en planning medewerkers vanuit kantoor, ook een aantal dagen per week op pad naar je medewerkers in de buitendienst? Kwaliteit, veiligheid en welzijn voor onze medewerkers staat hoog in het vaandel. Wil je graag werken bij een bedrijf dat verbetervoorstellen en initiatieven van hun medewerkers waardeert?
Dan is deze baan bij de Hertek Groep wellicht iets voor jou. Lees meer >>

AE Sensors - Dordrecht
Sales engineer
AE Sensors BV is een groothandel die ook totaaloplossingen levert en ontwikkelt. Wij zoeken een techneut die met passie voor elektronica en sensoren graag problemen oplost en uitdagingen zoekt. Daarnaast is flexibiliteit een absolute pré. Het kan zijn dat je op het ene moment op een offshore platform, een zeegaand schip of een kraan in de Rotterdamse haven staat, maar een paar uur later in de clean room van een chip machine fabrikant.
Lees meer >>

Vandentempel Service - Hattem
Kalibratietechnicus
Binnen een team van technisch specialisten ga je diverse test- en meetapparatuur kalibreren. Je maakt hierbij gebruik van moderne hoogwaardige Fluke kalibratoren in combinatie met MET/CAL kalibratie management software. Of het nu gaat om eenvoudige laagspanningstesters of complexe meetapparatuur voor midden- of hoogspanningstoepassingen; bij Vandentempel kun je jouw technische hart ophalen en jezelf blijven ontwikkelen. Lees meer >>

lees e-totaal digitaal

Lees hier de meest recente editie van e-totaal magazine!
U scrollt eenvoudig door de verschillende artikelen en via de actieve hyperlinks komt u direct in contact met de verschillende leveranciers en adverteerders.

Veel leesplezier!

Wilt u de papieren editie gratis ontvangen, vul dan uw gegevens in via het contact formulier .

Bedrijf in beeld

ICAPE Group ; Expert services supplier of customized PCBs and technical parts.

AVE Added Value Electronics

Bent u voldoende vertrouwd met PCB-ontwerp?

Advertorials

RS Components Nederland:
De rol van sensoren in IIoT - Sensoren zijn een sleuteltechnologie geworden. Lees in deze gratis whitepaper alles over de cruciale rol van slimme sensoren in het Industrial Internet of Things en lees meer over IIoT op de themapagina van RS Components.

Transfer Multisort Elektronik:
Hoe meet ik stroomverbruik - kom te weten hoe u zelf uw stroomverbruik thuis kunt meten!

RS Components Nederland:
Tussen leverancier en klant
RS Components is meer dan een webshop

Transfer Multisort Elektronik:
DC-spanningsomvormer - welke te kiezen?

Binder Nederland B.V.:
M16-connectoren
De perfecte oplossing voor toepassingen die veel contacten vereisen

Acal BFi:
5G voor uw project?
5G is er, maar wanneer kunnen we echt beginnen?

Transfer Multisort Elektronik:
Optische kabel - alles wat u moet weten

RS Components Nederland:
Als de winkel om de hoek
RS Components neemt veel werk uit handen

Transfer Multisort Elektronik:
Leds voor sterilisatie met UV-C-licht

Nieuwsbrief

Ontvang wekelijks het laatste nieuws uit uw vakgebied. Meld u hier aan voor de gratis nieuwsbrief. U wordt dan ook op de hoogte gehouden van het verschijnen van de nieuwe
e-zines.

Volg e-totaal

Agenda

Klik hier voor de complete agenda.