Vogels waren zeker niet de eerste dieren die het luchtruim kozen. Insecten begonnen er zo’n 400 miljoen jaar geleden mee, pteroauriërs 230 miljoen jaar, vogels volgden 145 miljoen jaar geleden. En mensen? Als je ruim rekent en de eerste ballonvlucht van de gebroeders Montgolfier meeneemt, dan zijn we pas 237 jaar bezig. Maar wil je het over echt vliegen hebben, met vleugels, dan is het startpunt… als je streng bent 1903, het jaar dat de gebroeders Wright hun eerste vliegtuig in de lucht wisten te houden. Wie wat ruimdenkender is, rekent de tweeduizend succesvolle glijvluchten van Otto Lilienthal mee, die hij uiteindelijk in 1896 met de dood moest bekopen (al had hij de fatale crash met de medische zorg van vandaag gemakkelijk overleefd). 

Hoe dan ook: wij komen net kijken, dus is het eigenlijk wel logisch dat onze bouwsels primitiever zijn dan de vliegmachines die de evolutie van vogels heeft gemaakt. Waar zit dat 'm in? Alles hangt samen, maar hier toch een poging om er wat orde in aan te brengen.

Veren zijn fascinerende dingen, veel ingewikkelder dan haren. Maar wel net zo levenloos, als ze klaar zijn. Heb je je wel eens afgevraagd hoe ze groeien? Dat wordt goed uitgelegd in deze video. Daar zie je meteen ook hoe een veer is opgebouwd. Veren zijn niet ontstaan om mee te vliegen, want dinosauriërs hadden ze al lang voor de eerste vlucht. Maar ze zijn sindsdien wel ontwikkeld tot fantastische vliegmiddelen. Wil je daar echt het fijne van weten, dan kun je je verdiepen in dit recente wetenschappelijke artikel van David Lentink en zijn collega’s. Heel in het kort: vliegveren houden zich aan elkaar vast met een soort supergeavanceerd dynamisch klittenband dat maar in één richting vasthaakt. Zodat ze geen lucht doorlaten, ook als de vleugel van vorm verandert. Ze bewezen dat onder meer door pigeonbot te maken, een bestuurbaar vliegtuigje met echte duivenveren.

Vogels vliegen door met hun vleugels te bewegen. Menselijke pogingen om zichzelf op die manier de lucht in te krijgen, faalden steevast. Vliegtuigen bouwen lukte pas toen de pioniers dat idee opgaven, en zich gingen richten op vaste vleugels. De aandrijving lieten ze over aan een propeller, en later een straalmotor. We zijn daar ver mee gekomen, we kunnen er razendsnel mee door de lucht bewegen en veel mensen tegelijk mee vervoeren. Maar aan de elegantie en efficiëntie van vogels kunnen onze maaksels niet tippen.

David Lentink: ‘Hoe vogels aerodynamische krachten genereren heeft mijn lab onlangs voor het eerst direct gemeten, het was heel verrassend. Daar waar vliegtuigen lift gebruiken om op te stijgen en weerstand om af te remmen tijdens de landing, gebruiken vogels zowel lift als weerstand samen om op te stijgen, bovendien gebruiken ze ook weerstand en lift samen om af te remmen. Dat is heel onverwacht, vooral dat de weerstand 50 procent draagkracht bijdraagt tijdens het opstijgen, even veel als de lift. Geen vliegtuig kan dat.’

Intussen zijn er altijd mensen blijven bouwen aan vliegmachientjes met flapperende vleugels: ornithopters. Wil je daar meer over weten, of heb je zin om er zelf eentje te bouwen, dan is de site ornithopter iets voor je. En vogels zijn natuurlijk niet de enige gevleugelde luchtacrobaten. Vleermuizen laten zien dat het allemaal ook zonder veren kan, al zijn hun elastische vleugels wel wat minder gestroomlijnd en minder efficiënt.

Toch zal er niet snel een passagiersvliegtuig komen dat met vleugelslagen opstijgt. Energetisch lukt dat gewoon niet; de koritrap, de zwaarste vliegende vogel, weegt nog geen twintig kilo en blijft liever op de grond. Het probleem: vliegspieren kunnen maar 100 Watt vermogen per killogram leveren. Straalmotoren met gemak 30.000 Watt per kilogram! David Lentink: 'Er is geen praktische, efficiënte en veilige manier om dat hoge vermogen in een flappende vleugel te krijgen van bijvoorbeeld een Boeing 747.'

Grote vogels die wel veel vliegen, zoals condors en albatrossen, bewegen nauwelijks met hun vleugels als ze eenmaal in de lucht zijn. Ze vliegen bijna helemaal op windenergie, en daar zijn vliegtuigbouwers natuurlijk ook jaloers op.

Met bovenstaand filmpje hield kunstenaar Floris Kaayk in 2012 de wereld voor de gek. Het was onderdeel van een groter project. Hij vertelde er een jaar later alles over bij TEDx Amsterdam. Is het dan onmogelijk, vliegen op slagkracht? Welnee, twee jaar eerder was het Human-Powered Ornithopter-project wel degelijk een succes, zie hieronder, en lees hier meer. Zelfs puur op spierkracht. Wat de vraag oproept hoe het zou uitpakken met een hulpmotor.

Een rosse grutto vliegt in één ruk elfduizend kilometer, dus die moet bij de start alle benodigde energie aan boord hebben, net als een vliegtuig. Als je zijn brandstof niet meerekent, is zijn energieverbruik zo’n 40 watt per kilo lichaamsgewicht. Hoe valt de vergelijking met vliegtuigen uit? Een Airbus A-380 elfduizend kilometer aflegt, verbruikt ongeveer 400 watt per kilo nuttig gewicht. De vogel vliegt dus tien keer zo zuinig. Maar hij doet er 192 uur over, en het vliegtuig nog geen twaalf. Natuurlijk gaat deze vergelijking aan alle kanten mank. En toch, een apparaatje van hooguit een halve kilo bouwen dat elfduizend kilometer vliegt zonder bij te tanken, kan voorlopig niemand.

Een kolibrie kan perfect op een plek in de lucht blijven hangen, een stukje achteruit vliegen en dan razendsnel wegflitsen. Torenvalken kunnen in de lucht stilhangen en dan met een duikvlucht een muis verschalken, zonder op de grond te pletter te slaan. Opvliegen doen de meeste vogels zonder aanloop. Een meeuw vliegt moeiteloos door een storm en zal zich door rukwinden niet van de wijs laten brengen. Onze vliegtuigen, met hun starre vleugels, zijn stukken minder wendbaar. Dat krijg je als je niet veel meer dan wat kleppen en een gashendel hebt om mee te sturen. Vogels kunnen hun vleugels en staart subtiel of drastisch van vorm veranderen. De havik is er een meester in.

David Lentink: 'De vleugel van vorm laten veranderen zoals een vogel doet, dat heet morphing. Dat is iets waar ik nu al een tijd aan werk. Omdat dat een wetenschappelijke uitdaging is en ook omdat het interessant is voor grote vliegtuigen. Vandaar dat de Amerikaanse overheid mijn onderzoek steunt.'

De cockpit van een vliegtuig heeft een indrukwekkend aantal metertjes, hendels en knoppen. Het lijkt heel wat, maar een vogel krijgt veel meer informatie binnen. Die heeft overal op en in z’n lijf zintuigen. Hij voelt alle luchtstromingen om zich heen en kan er direct op reageren. In het donker vliegen is dan ook geen probleem. David Lentink: ‘Vogels kunnen met minimale visuele informatie door windstoten vliegen; één lichtpuntje in het donker is genoeg. Piloten raken bij zo'n taak gedesoriënteerd.’