Why It’s So Hard to Build a Wing-Flapping Flying Machine

Human Birdwings

Kun mies, joka tunnistautui nimellä Jarno Smeets, latasi YouTubessa videon, jossa hän ilmeisesti lentää kotitekoisella räpyttelevällä siivellä, se levisi välittömästi ja käynnisti ilon ja ihmetyksen hyökyaallon: Hän osaa lentää kuin lintu! Yhtä nopeasti seurasi pilkan vastareaktio. Mahdotonta, epäilijät julistivat – se on huijaus. Ja tosiaan, jotkut tarkemmat raportit ja analyysit herättivät vakavia epäilyjä videon aitoudesta. Lopulta hän myönsi, että kyseessä oli huijaus.

Mutta jonkin aikaa mahdollisuus säilyi:

Yksi henkilö, joka katsoi videon erityisen kiinnostuneena, oli Todd Reichert, vastavalmistunut tohtori Toronton yliopiston ilmailututkimusinstituutista. Reichert johti yliopiston ryhmää, joka rakensi ihmisen käyttämän ornithopterin – lentokoneen, joka liikuttaa itseään räpyttelemällä siipiään kuin lintu tai lepakko. Vuonna 2010 Reichert kiipesi Snowbird-lennokin kyytiin ja ohjasi sitä ennätyksellisellä lennolla. Hän on lintujen jäljittelijöistä harvinaisin: veteraani-ornitopterilentäjä, joka on oikeasti räpyttänyt tiensä ilmassa.

Kun Reichert katsoi Smeetsin videota, hänen ensivaikutelmansa oli, että se vaikutti enemmän tai vähemmän uskottavalta. Siivet olivat hänen mielestään hieman liian lyhyet, ja reppuvoimayksikkö oli hieman liian pieni – mutta ei törkeän pieni. Sitten tuli lentoonlähtö, hetki, jolloin lentäjän jalat lähtevät maasta ja alus nousee jyrkästi ilmaan. Reichert sanoo, että juuri sillä hetkellä hän tajusi, että nauha oli väärennös. ”Jo ensisilmäyksellä se ei ole lähelläkään”, hän sanoo.

Meille, jotka emme ole ornitopterilentäjiä, ei ehkä ole heti selvää, miksi näin on. Loppujen lopuksi linnut voivat kiivetä jopa jyrkemmin kuin Smeets teki. Niin voivat myös lepakot ja hyönteiset. Itse asiassa siivekäs lentäminen on niin helppoa, että se on kehittynyt itsenäisesti eläinkunnassa ainakin neljä kertaa. ”Siipi voi antaa paremman työntövoiman kuin potkuri”, Reichert sanoo.

Mutta lintujen tapa lentää on hyvin erilainen kuin mekaanisen ornitopterin. Reichert on tästä hyvin tietoinen, sillä hänen väitöskirjansa aiheena oli vertailla eläinten lentodynamiikkaa ihmisen valmistamien alusten lentodynamiikkaan. Kävi ilmi, että linnut ovat meitä ihmisiä valovuosia edellä siipien räpyttelyssä. ”Lintu muuttaa jatkuvasti siipensä muotoa lentäessään, taittaen sen sisään ylöspäin ja takaisin ulospäin alaspäin”, hän sanoo. (Erinomainen esimerkki on tämä video huuhkajan lennosta 1000 kuvan sekuntinopeudella.) ”Se myös liikuttaa siipeä nopeammin alas- kuin ylöslyönnissä. Lintu tekee siis kaikkia näitä monimutkaisia lisäliikkeitä, ja jokaisen monimutkaisemman kerroksen myötä linnusta tulee yhä tehokkaampi. Ornitopterin siipi sitä vastoin vain räpyttelee ylös ja alas.”

Sentähden Reichertin oma ornitopterisuorituskin oli paljon vähemmän vaikuttava kuin Smeetsin video, johon internet ihastui tällä viikolla. (Tosin Reichertin suoritus saa bonuspisteitä siitä, että se oli, tiedättehän, aito.) Ennätyslentoa varten hänen tiiminsä hinasi Snowbirdin ilmaan muutaman metrin korkeuteen ja onnistui sitten pitämään sen ilmassa vajaan minuutin ajan, kun se räpytteli pitkin matkaa pitäen korkeutensa, mutta vähitellen menettäen nopeuttaan. Se ei ehkä ole tavanomaisen ilmailun mittapuulla mikään huikea suoritus, mutta se on silti tähän mennessä vaikuttavin ihmisen käyttämä räpylälento.

Reichertin siipi olisi hänen mukaansa voinut olla tehokkaampi, jos hänen tiiminsä olisi yrittänyt jäljitellä linnun siiven monimutkaisuutta. ”Ongelma on, että insinööritieteissä se ei ole oikea tapa toimia”, hän sanoo. ”Ei kannata sanoa: ’Lisätään monimutkaisuutta tehokkuuden lisäämiseksi’. ”

Yksi ilmeinen tapa lisätä suorituskykyä on tietenkin moottorin lisääminen. (Smeetsin vehkeen väitettiin sisältävän akkupaketin ja sähköiset toimilaitteet). Moottorikäyttöisten miehitettyjen ornitoptereiden historia juontaa juurensa vuoteen 1942, jolloin saksalainen insinööri Adalbert Schmid rakensi tiettävästi 6 hevosvoiman moottorilla varustetun lentokoneen, joka pystyi nousemaan ilmaan omin voimin ja lentämään 15 minuuttia. Nathan Chronister, joka on dokumentoinut siivekkään lentämisen romantiikkaa vuosia The Ornithopter Zone -sivustollaan, sanoo, että teoriassa ei ole mitään syytä, miksi joku ei voisi tehdä sitä, mitä Schmid väitti saavuttavansa. ”Se voidaan tehdä”, hän sanoo.

Mutta hän sanoo, että todellinen toimiva lentokone ”ei näyttäisi aivan samalta”. Siiven täytyisi olla pidempi ja jäykempi tehokkuuden vuoksi, ja se tarvitsisi jonkinlaisen vakautuskeinon, jotta se ei putoaisi taivaalta. Hänen mukaansa se ei olisi myöskään kiinnitettävä siipi – ”se on osoittautunut erittäin vaaralliseksi” – vaan alus, johon lentäjä voi kiinnittyä.

Reichert on samaa mieltä siitä, että Smeetsin laitteen kaltainen laite voisi olla toteutettavissa. ”Joku voisi tehdä tämän”, hän sanoo. ”Mutta haaste on niin valtava. Tätä ei voi tehdä takapihalla parin kuukauden aikana.”

Jossain vaiheessa joku voisi siis todella toteuttaa unelman. Jarno Smeets ei vain sattunut olemaan se, joka sen toteuttaa.

Jeff Wise on Popular Mechanics -lehden toimittaja ja Extreme Fear: The Science of Your Mind in Danger -kirjan kirjoittaja. Jos haluat päivittäisen annoksen äärimmäistä pelkoa, tutustu hänen blogiinsa.