Varje soluppgång i Las Cruces, Costa Rica, River Ingersolls fältteam vandrade in i djungeln för att lägga sista handen på nästan osynliga nät. En doktorand i David Lentinks labb, biträdande professor i maskinteknik vid Stanford University, Ingersoll behövde dessa ömtåliga nät för att fånga, studera och släpp ut regionens rikliga kolibrier och fladdermöss - de enda två ryggradsdjuren med förmågan att sväva på plats.

"Vi är verkligen intresserade av hur svävande flygning utvecklats, sade Ingersoll. Nektarfladdermöss dricker av blommor som kolibrier gör, så vi vill se om det finns några likheter eller skillnader mellan dessa två olika taxa."

Ingersolls nät fungerade, och det slutade med att han undersökte över 100 individuella kolibrier och fladdermöss, täcker 17 kolibrier och tre fladdermusarter, under sin fältstudie, vars resultat gruppen publicerade i Vetenskapens framsteg .

Genom en kombination av höghastighetskamerabilder och aerodynamiska kraftmätningar, han och hans medforskare fann att kolibrier och fladdermöss svävar på väldigt olika sätt. Ändå fann de också att nektarfladdermössens svävande delar vissa likheter med kolibri som svävar — som fruktfladdermöss inte delar. Detta tyder på att de utvecklat en annan metod för att sväva jämfört med andra fladdermöss för att dricka nektar.

Förutom att lära dig mer om fladdermöss och kolibrier, Lentink och andra kan tillämpa det de lärt sig på tekniska problem, som att designa flygande robotar. Ingenjörer har redan skapat robotar inspirerade av kolibrier och fladdermöss men har inte vetat vilka av de naturliga motsvarigheterna till dessa robotar som svävar mest effektivt.

Tittar på varje fjäder

Det är enkelt att föreställa sig hur ett flygande djur stödjer sig själv genom att flaxa nedåt, men för att undvika överdriven bobbing upp och ner, svävande djur måste behålla detta stöd samtidigt som de flaxar uppåt. Kolibrier och fladdermöss åstadkommer denna bedrift genom att vrida sina vingar bakåt på uppåtslaget, hela tiden trycka ner luften för att hålla dem stadigt uppe.

"Om du tittar bland ryggradsdjur, det finns två som kan sväva på ett ihållande sätt, "sa Lentink." Det är kolibrier och nektarfladdermöss. Och du hittar båda i neotropikerna, som Costa Rica."

För att studera dessa ämnen, Ingersoll samarbetade med ett mångårigt fågelbandsprojekt som drivs av Stanford-ekologer i Las Cruces. Låna fåglar och fladdermöss från deras projekt, han placerade varje djur i en flygkammare utrustad med aerodynamiska kraftsensorer längst upp och ned i kammaren - utrustning som utvecklats av Lentinks laboratorium för att mäta extremt små förändringar i vertikal kraft vid 10, 000 gånger per sekund. Dessa plattor är så känsliga att de fångade de vertikala krafter som skapades av varje vridning och fladder av kolibrier som vägde så lite som 2,4 gram.

Genom att synkronisera dessa kraftmätningar med flera höghastighetskameror som spelar in vid 2, 000 bilder per sekund, forskarna kunde isolera vilket ögonblick som helst av sina försökspersoners flygningar för att se hur lyftet de genererade relaterat till formen på deras vingar.

"Jag skulle sitta och vänta på att kolibri ska matas vid blomman. När den matades, Jag skulle utlösa kamerorna och kraftmätningarna och vi skulle få fyra sekunders bilder av kolibrien som flaxar mot blomman, sa Ingersoll.

Efter deras korta vistelse i flygkammaren, Ingersoll lämnade tillbaka fåglarna och fladdermössen till där de fångades och släppte dem. Hela processen tog mellan en och tre timmar.

Olika sätt att sväva

Forskarna fann att fladdermössen och kolibrierna alla utövade en liknande mängd energi i förhållande till sin vikt under dessa flygningar, men att kolibrierna, fruktfladdermöss och nektarfladdermöss svävade alla på väldigt olika sätt. Kolibrier svävar på ett mer aerodynamiskt effektivt sätt än fladdermössen - kolibrier genererade mer lyft i förhållande till drag. Vid jämförelse av vingformer, forskarna fann att denna effektivitet troligen beror på att kolibrierna vänder sina vingar lättare. Även om fladdermössen kämpade med att vända vingarna, de utövade en jämförbar mängd energi eftersom de har större vingar och större slag.

Forskarna blev förvånade över att finna att nektarfladdermöss, som sidlar upp till blommor som kolibrier, genererade mer kraft uppåt när vingarna lyfte än fruktfladdermöss. Titta på deras vingform, forskarna fann att nektarfladdermöss kan vrida sina vingar mycket mer än fruktfladdermöss på uppslaget. Så nektarfladdermössens svävande form är som en blandning av fruktfladdermöss och kolibriers svävande.

Forskarna planerar att bygga vidare på dessa fynd som en del av deras arbete med flaxande robotar och drönare, men Lentink ser också potential för mer arbete utanför labbet.

"När Rivers föreslog att göra denna studie i Costa Rica, en fältstudie var något jag aldrig hade hoppats på. Nu, han inspirerade mig verkligen, " said Lentink. "There are about 10, 000 species of birds and most of them have never been studied. It sounds like too big a study to embark on but that's what I dream about."