Hoe een robotvalk vliegtuigen redt
Het geheim van de dansende vogels
Door Cristian Apostol
By Cristian Apostol
Cristian Apostol
Heb je wel eens een zwerm spreeuwen gezien in de herfst? Zag je ze dansen, de honderden, duizenden vogels die zich in hoog tempo en fascinerend synchroon voortbewegen? De manier waarop de groep in een paar seconden tijd van vorm verandert doet denken aan balletdansers die een grondig voorbereid stuk opvoeren. Alleen hebben de vogels er niet maandenlang voor getraind.
Dus hoe doen ze dat? Hoe vliegen ze als één vogel, zonder dat het misgaat?
Dat is nou precies wat bioloog Marina Papadopoulou heeft geprobeerd te ontdekken. De afgelopen vier jaar heeft ze vogelzwermen onderzocht om de patronen die ze samen vormen te kunnen doorgronden, specifiek wanneer ze gevaarlijke situaties tegenkomen. Hiervoor maakte ze computersimulaties van zulke zwermen.
Schoonheid
‘Ik lette vroeger nooit echt op vogelzwermen, maar nu kan ik mijn ogen er niet meer vanaf houden’, zegt ze. ‘Als ik met iemand praat en ik zie een zwerm voorbij vliegen, dan gaat mijn aandacht daar meteen naartoe. Ik grap graag tegen vrienden dat dit mijn dood wordt: afgeleid door een zwerm vogels terwijl ik op de fiets zit.’
Dit wordt mijn dood: afgeleid door een zwerm vogels
Maar haar onderzoek draait er niet alleen om de schoonheid van de vogels te bevatten. Als vogels bij vliegvelden in de buurt komen, kunnen ze zogenoemde vogelaanvaringen veroorzaken – luchtvaartongelukken waar vogels bij betrokken zijn. Zulke aanvaringen kunnen technische problemen veroorzaken bij een vliegtuig wanneer de vogels de motoren ingezogen worden.
Dat gebeurt best vaak. Volgens de Amerikaanse Federal Aviation Administration zijn er alleen in de VS al 227.005 vogelaanvaringen geweest met verkeersvliegtuigen tussen 1990 en 2019. In diezelfde periode van 29 jaar vielen er wereldwijd 292 doden door vogelaanvaringen en raakten er 327 mensen gewond.
Imitatie-roofvogel
Om die cijfers omlaag te brengen is het essentieel dat we weten hoe en waarom zwermen bewegen, omdat de manieren waarop luchthavens nu proberen om vogelaanvaringen te voorkomen niet erg effectief zijn, zegt Papadopoulou. ‘Ze laten nep-alarmsignalen horen of ze gebruiken imitatie-roofvogels. Het probleem is dat vogels daar vaak aan gewend raken.’ Zij wil een oplossing vinden die beter aansluit bij de natuurlijke instincten van de vogels.
Daartoe hebben Papadopoulou en haar collega’s een op afstand bestuurbare robotvalk ingezet om de vogels weg te jagen uit het drukke luchtruim bij luchthavens. ‘Het is net als wanneer je een herdershond inzet om schapen in een bepaalde richting te leiden.’
De valk creëert een ‘gevaarlijke situatie’ waardoor de zwermen in beweging komen. Hij lijkt zijn werk goed te doen: ‘We hebben geen gewenningseffect gezien tot nu toe, aangezien vogels de robot niet van een echte valk kunnen onderscheiden. Ze zien hem als een echte bedreiging.’
Maar belangrijker zijn de data die Papadopoulou met behulp van de valk kon verzamelen. Die voerde ze in een computermodel in om tot de kern te kunnen komen van wat de vogels doen.
Arbeidsintensief
Op dit moment weten we nog niet wat er in de zwermen gebeurt. Wetenschappers moeten de vogels in hun natuurlijke habitat bestuderen, wat veel tijd kost en arbeidsintensiever is dan bij andere dieren. ‘Het is niet makkelijk om gps-ontvangers aan honderden vogels te bevestigen zonder te weten of je ooit de data te zien zult krijgen.’
Het is niet makkelijk om gps-ontvangers aan vogels te bevestigen
‘Vissen kun je in een aquarium in het lab zetten. Je bestudeert ze, legt hun gegevens vast en verzamelt een hele hoop nuttige positionele data. Maar met vogels kan dat niet. Afhankelijk van de soort kunnen zwermen wel uit honderdduizend dieren bestaan.’
De modellen die gemaakt zijn met behulp van de robotvalk bieden een oplossing. ‘Daarmee kan ik gedragspatronen analyseren en waarom ze zich voordoen’, zegt Papadopoulou.
Als ze deel uitmaken van een grote groep, hebben vogels een grotere overlevingskans. ‘Het roofdier raakt in de war van zoveel dieren en dan is het veel moeilijker om er eentje uit te pikken’, legt ze uit.
Gevaar
Maar als zwermen een gevaar tegenkomen, reageren ze niet allemaal hetzelfde. Spreeuwen creëren dan veel verschillende patronen, terwijl duiven ofwel gezamenlijk wegvliegen, of zich in twee groepen opsplitsen. ‘Beide opties hebben een simpele verklaring’, zegt Papadopoulou. ‘Eén vogel besluit een andere kant op te gaan, en wat er dan gebeurt hangt af van hoeveel anderen hem volgen.’
Ervaring kan een rol spelen in welke positie een vogel in de zwerm heeft
Een andere belangrijke factor die de patronen bepaalt is aerodynamica, ontdekte ze. ‘Als een dier hoogte verliest terwijl hij een manoeuvre uitvoert, dan beïnvloedt dat de vorm van de zwerm.’ Het gezichtsveld van de vogel speelt ook mee. De dieren volgen doorgaans de bewegingen van hun naaste buren, maar als die een andere kant opgaan kunnen zij ze niet meer volgen, wat ervoor zorgt dat ze zich eerder afsplitsen van de groep.
Volgens Papadopoulou is er meer onderzoek nodig om uit te vinden welke invloed individuele vogels hebben op het collectief. Momenteel bestuderen wetenschappers de zwermen als geheel en beschouwen ze elke vogel als een exacte kopie van zijn buren, maar zo werkt het in het echt natuurlijk niet.
Relaties
‘Fysieke kenmerken zoals leeftijd en gewicht kunnen de snelheid en positie van de vogel in de zwem beïnvloeden’, zegt ze. ‘Maar niet-fysieke eigenschappen zoals ervaring kunnen ook een rol spelen.’
Meer onervaren dieren zijn meer geneigd om hun buren na te doen als ze samen vliegen, denkt Papadopoulou. ‘En onderlinge relaties kunnen tot slot ook een belangrijke factor zijn voor de vorm van de groep, omdat vogels soms dichterbij hun partner blijven dan bij de rest van de zwerm.’
De onderzoeker wil zeker doorgaan met het bestuderen van het collectieve gedrag van diverse diersoorten, zegt ze. ‘Ik ben net aan mijn postdoc begonnen met een project dat zich richt op zwermrobotica. Het doel is om data van verschillende soorten te analyseren, zoals bavianen, vissen, geiten en ook vogels. Zo hopen we beter te begrijpen hoe individuele heterogeniteit werkt en in hoeverre individuen op elkaar lijken in een groep.’