Fra bier til blåhvaler: RUC-forskere finder enkel formel for dyrs bevægelsesrytme

Hvor ofte skal en fugl, en flagermus eller en hval baske med sine vinger, hale eller finner for at holde sig flyvende eller svømmende? En gruppe fysikere fra Roskilde Universitet er kommet frem til, at man med et simpelt regnestykke kan udregne alle dyrerigets svømmende og flyvende arters omtrentlige vinge- eller finnefrekvens målt i hertz – dvs. svingninger pr. sekund, hvis man kender deres masse og vinge- eller finneareal.

De nye forskningsresultater stammer fra et studie, som netop er offentliggjort i en artikel i det videnskabelige tidsskrift PLOS ONE. Det er de tre RUC-fysikere professor Jeppe Dyre, lektor Tina Hecksher og lektor emeritus Jens Højgaard Jensen, alle fra Institut for Naturvidenskab og Miljø, der står bag. 

Blåhvalen og bien på samme linje
Forskerne startede med at udlede et teoretisk udtryk for vingefrekvensen hos flyvende dyr – ved hjælp af en såkaldt dimensionsanalyse. 

”Derefter fandt vi data i den naturvidenskabelige litteratur om areal af vinger, finner, haler og vægt på over 400 forskellige dyrearter lige fra små insekter til kæmpestore hvaler. Det sammenholdt vi med, hvor ofte dyret basker med vingerne eller slår med halen, når de bevæger sig gennem vandet eller luften,” forklarer Tina Hecksher. 

Forskerne satte de mange data ind i et koordinatsystem, hvor antallet af dyrenes slag med hale, finner eller vinger pr. sekund plottes ind på y-aksen og kvadratroden af dyrets masse divideret med arealet af vinger, finner eller hale på x-aksen. Og så viste det sig, at selv om dyrene havde forskellige masser og former, lagde de sig alle sammen - bortset fra ganske få afvigelser – på en ret linje. 

”På basis af disse data kom vi frem til, at alle dyr, der formår at flyve eller svømme, har det samme universelle forhold mellem masse, vinge- eller finne-fang og frekvensen af slag eller bask. Det gælder, uanset om det er en blåhval, som slår med halen en gang hvert femte sekund, når den svømmer, eller bien, som må kompensere for sin tunge krop og små vinger ved at skrue frekvensen af vingeslagene helt op på 135 gange pr. sekund,” siger Tina Hecksher. 

Naturens regler gælder også for robotter
Ligningen, som forskerne er kommet frem til, kan bruges af ingeniører og designere, når de skal konstruere noget, der skal kunne svømme eller flyve. 

”Tager man fx den robotfugl, som det er lykkedes for nogen at designe, og sætter dens data om masse, vingeareal og vingeslag pr. sekund ind i vores koordinatsystem, så lægger den sig præcist på den rette linje sammen med rigtige fugle. Naturens regler for at kunne flyve gør sig altså også gældende for robotter,” siger Jeppe Dyre.

Fysikprofessoren peger dog på, at når det gælder helt små væsener – fx bakterier – holder ligningen ikke mere. 

”Vores beregninger tyder på, at for de allermindste dyr gælder en anden simpel formel – nemlig at frekvensen er givet ved dyrets masse divideret med arealet af dets ”vinger”. Det er noget, vi nu vil se nærmere på,” siger Jeppe Dyre.

Læs artiklen i det videnskabelige tidsskrift PLOS ONE.