Wie kent niet de gevleugelde zaadjes van de esdoorn die zich in vrije val als een helikopter door de wind laten meevoeren om ver weg van de boom te landen? Het aerodynamische mechanisme van de wentelende zaden is nu opgehelderd door een team van onderzoekers van Wageningen Universiteit en het California Institute of Technology. Zij constateren dat het draagvermogen van het rondraaiende zaad wordt verdubbeld door een sterke luchtwerveling bovenop de vleugel. In de coverstory van Science van 12 juni doen ze verslag. Opmerkelijk extra: ook insecten, kolibries en vleermuizen benutten dit principe. 
De Nederlands-Amerikaanse studie toont aan dat zich bovenop de vallende en daardoor roterende esdoornzaden vanaf de voorzijde een liggende wervel (vortex) ontwikkelt. De wervel verlaagt de luchtdruk boven het vleugeloppervlak die daardoor extra draagkracht ('lift') krijgt en wordt opgetild. De wervel verhoogt de vliegprestaties van roterende zaden die vergeleken met dwarrelend zaad tweemaal zo hoog is. Opvallend genoeg lijkt het mechanisme van de liggende wervelwind aan de bovenrand van de vleugel sterk op de manier waarop insecten, vleermuizen en kolibries veel lift genereren als ze in de lucht stilhangen. De onderzoekers constateren een nagenoeg identieke werveling bij deze zeer verschillende organismen, wat duidt op een convergente evolutie van vliegprestaties.
Visualisatie
Om de luchtstroom rond dalende wentelende zaad in beeld te brengen, bouwden de onderzoekers plastic modellen van het zaad. Deze lieten ze in een vat met dunne olie voortbewegen met een robotarm. Met laserlicht werd de beweging van fijne glasparels in de vloeistof zichtbaar gemaakt op het moment dat het esdoornzaad passeert. De grootte van het model, de snelheid waarmee het kunstzaad door de olie roteert en de stroperigheid van de olie waren zo gekozen dat ze overeenkwamen met die van dalende, echte esdoornzaden in lucht.
De zo verkregen beelden onthullen de aanwezigheid van de tornadoachtige wervel parallel en bovenop de roterende vleugel gelegen. Krachtmetingen toonden aan dat de sterke werveling voor extra draagkracht zorgt.
Om de nauwkeurigheid van het model te toetsen bouwde het team een verticale windtunnel waarin ze echte esdoornzaden liet vallen. De opstijgende lucht in de tunnel, voorzien van rookdeeltjes, maakten ook hier de wervel bovenop de vleugel zichtbaar. Bovendien bleek dat de vortex dezelfde structuur vertoont als die van de klapperende vleugels van insecten, vleermuizen en kolibries wanneer die stilhangen in de lucht. 
Parachutes
Het draaiende zaadje van de esdoorn is wellicht het eenvoudigste ontwerp voor een miniatuurhelikopter die met een micromotor wordt aangedreven. Dergelijke éénrotorheli's met een spanwijdte van één meter hebben al succesvolle vluchten gemaakt. Een toestel ter grootte van een esdoornzaadje is echter nog toekomstmuziek. Andere toepassingsgebieden voor hun onderzoeksresultaten zien de wetenschappers in roterende parachutes. En in voertuigen die op planeten met een atmosfeer, zoals Mars, geleidelijk afdalen om atmosferische metingen te doen om daarna een zachte landing te maken voor metingen aan het oppervlak.
Het onderzoek werd gefinancierd door NWO (gebied Aard- en Levenswetenschappen) en door de Amerikaanse National Science Foundation.
Illustraties van boven naar beneden:
Roterend esdoornzaadje [Omslagfoto Science]
Tornadoachtige wervel
Esdoornzaden
Dwarsdoorsnede van de wervel
Zie uitgebreide bijschriften in "Bijlage met illustraties".