Arbetet kan hjälpa forskare att förbättra robotstyrningsalgoritmer och proteser för människor, och det ger också insikt i hur fladdermöss utvecklades för att manövrera så bra i luften. Utöver detta ger resultaten ny uppskattning för hur specialiserade fladdermusben och vingar är, och hur de samverkar för att möjliggöra denna unika landningsstrategi.
Forskningen är publicerad i Journal of the Royal Society Interface.
"Att landa är ett riktigt svårt problem i allmänhet, speciellt när ett djur har vingar istället för ben, men fladdermöss har utvecklat ett riktigt elegant sätt att hantera det", säger Kenneth Breuer, biträdande professor i teknik och medförfattare till tidningen.
Att landa är särskilt svårt för fladdermöss eftersom deras flygning är mycket manövrerbar. De kan utföra snäva svängar och snabba accelerationer, men för att utföra sådana rörelser måste de lagra mycket energi medan de flyger, vanligtvis i form av kinetisk energi. När de landar måste de på något sätt snabbt skingra den energin, samtidigt som de rör ner sig tillräckligt mjukt för att undvika skador.
"Om en fladdermus kommer in för en landning med mycket energi och inte har något sätt att tappa den, kan den krossa sig själv", sa Breuer.
För att observera fladdermöss utföra sina landningar i labbförhållanden byggde teamet en anpassad flygarena. Arenan är en inhägnad cirka 2,5 meter lång, med väggar, golv och tak klädda med motion capture-kameror. När en fladdermus kommer in på arenan fångar kamerorna dess rörelser och ger data som teamet använder för att beräkna djurets kroppsorientering, ving- och ledvinklar samt linjära och vinkelhastigheter vid olika tidpunkter.
Laget arbetade med två stora bruna fladdermöss, Eptesicus fuscus. Brunfladdermöss är ganska vanligt i Nordamerika och Europa, jagar insekter och sover i grottor, byggnader och träd. Forskarna tränade fladdermössen att gå in i flygarenan och landa på en landningsplatta utrustad med en kraftsensor som mätte slagkraften vid landningar.
Resultaten visar att fladdermöss får markkontakt med sina anklar, och att de försvinner sin flygenergi genom att absorbera landningskraften i benlederna och genom att bromsa vingklaffarna. Vingarna kommer faktiskt aldrig i kontakt med marken.
"Deras vingar är så ömtåliga och tunna, att kontakt sannolikt skulle skada dem", sa Breuer.
Istället använder fladdermöss sina vingar för att bromsa sitt fall innan de landar och kontrollera orienteringen av sina kroppar. När deras anklar nått ner, absorberar fladdermössen den återstående energin genom att böja benen.
Fynden hjälper till att förklara varför fladdermusben och vingar är så olika från andra däggdjurs. Deras ben, med långa skenben och korta fötter, är väl lämpade för att absorbera stötar och saknar funktioner som klor som kan komma i vägen för att utföra deras landningsmanöver. Deras vingar, å andra sidan, är otroligt tunna, med minskad muskelmassa och bentäthet, vilket minskar deras vikt men också gör dem mer mottagliga för skador. För att kompensera för denna bräcklighet har fladdermössen utvecklats för att undvika markkontakt med sina vingar genom att sakkunnigt absorbera stötkrafter med sina ben.
Forskarna tror att den detaljerade redogörelsen för fladdermuslandningar är en bra grund för framtida arbete som syftar till att förbättra robotstyrningsalgoritmer för landningsfordon och proteser. Att förstå mekaniken i fladdermuslandningen kan också hjälpa forskare att förstå hur fladdermöss utför andra beteenden, som att hänga upp och ner från väggar eller träd.
https://www.youtube.com/watch?v=hL51qQ0u57Q
