Wie fliegen Bienen die perfekte Kurve?

  • Veröffentlicht am: 10.01.2022

Enge Kurven können tückisch sein. Und sie lassen einen die Zentrifugalkraft deutlich spüren. Foto: Justin Luebke/Unsplash.com

Die Zentrifugalkraft kann tückisch sein: Wer jemals das Gleichgewicht in einem Bus verloren hat, der eine schnelle Kurve fährt oder wer spüren musste, wie das eigene Auto ins Rutschen gerät, weil man eine Kurve zu schnell genommen hat, war der Zentrifugalkraft ganz besonderes ausgesetzt. Je schneller man fährt und je schärfer die Kurve ist, desto größer die einwirkende Zentrifugalkraft und desto wahrscheinlicher verliert man am Ende die Kontrolle.

Das ist der Grund dafür, dass wir langsamer werden, wenn wir uns einer Kurve nähern. Wissenschaftler haben dieses Verhalten in der Vergangenheit bei einigen Tieren beobachtet, sind ihre Untersuchungen nun aber erstmals mathematisch angegangen.
Analysiert wurde dazu die Beziehung zwischen Geschwindigkeit, Kurvenkrümmung und Fliehkraft. Dazu haben australische Wissenschaftler der Universität Queensland Hochgeschwindigkeitskameras verwendet, mit denen sie Videoaufnahmen von Bienen vor ihrem Stock machten. Die Wissenschaftler haben das Flugloch blockiert, sodass die Bienen gezwungen waren, in einer Wolke vor dem Einflugloch zu fliegen.

Die aufgenommenen Hochgeschwindigkeitsvideos wurden mathematisch analysiert, um das Flugverhalten von Bienen in der von ihnen gebildeten Wolke zu untersuchen. Die Wissenschaftler setzten darauf, dass sie so das komplexe Manöver der Aufrechterhaltung einer gewünschten Flugbahn während des Abbiegens ohne Störung durch die Zentrifugalkraft besser verstehen lernen. Geschwindigkeit, Beschleunigung und Kurvenwinkel wurden alle mit Vektorkalkulation berechnet, um zu untersuchen, wie die Bienen beim Drehen die Kontrolle behalten.

Dabei stellten die Forscher fest, dass die Geschwindigkeit der Bienen zu Beginn des Kurvenfluges abnimmt und beim Verlassen der Kurve ansteigt. Dies bestätigt mathematisch die Beobachtungen von Wendemanövern bei anderen Tieren wie Fruchtfliegen, Fledermäusen und Pferden.

Bezeichnenderweise konnten Bienen während des Abbiegens eine weitgehend konstante Zentripetalbeschleunigung aufrechterhalten, unabhängig davon, wie eng die Kurven waren oder wie schnell sich die Bienen bewegten, was die Auswirkungen der Zentrifugalkraft auf ihre Flugbahn minimierte. Die zentripetale Kraft, auch Radialkraft genannt, zieht ein Objekt zum Mittelpunkt, die Zentrifugalkraft drückt es von der Mitte weg.

Die Forscher stellten nunmehr die Hypothese auf, dass diese konstante Zentripetalbeschleunigung das Ergebnis aktiver Bemühungen der Bienen ist, das seitliche Rutschen zu reduzieren und einen Kontrollverlust zu verhindern, der durch übermäßige Zentrifugalkraft verursacht wird.

„Wenn eine Biene eine Kurve fliegt, reduziert sie geschickt ihre Geschwindigkeit auf geeignete Weise, so dass die Zentrifugalkraft, die sie erfährt, immer konstant ist“, erklärt Mandiyam Mahadeeswara. „Je schärfer ein Wendemanöver ist und je schneller die Biene unterwegs ist, desto größer ist die Zentrifugalkraft, die die Biene erfahren wird. Die Biene löst dieses Problem, indem sie verlangsamt, wenn sie schärfere Kurven fliegt.“

Interessanterweise zeigten die Bienen bei den Untersuchungen keine Präferenz für Links- oder Rechtskurven, was ein wichtiger Aspekt der Kollisionsvermeidung bei Tieren sein kann.
Die Forscher fanden ebenfalls heraus, dass die Bienen in sowohl bei Drehungen im Warteflug als auch bei Begegnungen mit anderen Bienen ungefähr dieselbe Beschleunigung aufwiesen, was bedeutet, dass die Dynamik der Bienen unabhängig vom Kontext gleich war.
Die Forscher untersuchten nun noch sensorische Informationen, die die Bienen zur Steuerung von Kollisionsvermeidungen während enger Kurven verwenden.

Aus den Ergebnissen ergibt sich womöglich ein besseres Verständnis des Flugverhaltens von Bienen, um sie letztendlich in Flugrobotern und Bodenfahrzeugen mit erweiterten Flugsteuerungs- und Navigationsfähigkeiten zu integrieren.

„Unser Hauptziel war es, nachzuvollziehen wie Bienen Kollisionen vermeiden, was das zentrale Ziel meiner Doktorarbeit ist“, so Mandiyam Mahadeeswara. „Dieses Verständnis kann in der Robotik angewendet werden und gilt auch für Flugzeuge sowie Bodenfahrzeuge.“

Die Studie ist in vollem Umfang frei zugänglich (Open Access).
Indexierung