 一隻安娜蜂鳥(Calypte anna)拍打著翅膀，側身穿過一個對它的翼展來說太小的縫隙。鳴謝:uux.cn/馬克·巴傑，加州大學伯克利分校 （神秘的地球uux.cn）據加州大學伯克利分校：大多數掠過茂密多葉森林的鳥類都有一個策略來通過植被中的緊密窗戶——它們在手腕或肘部彎曲翅膀，然後穿過。 但是蜂鳥在飛行過程中無法彎曲它們的翼骨，那麽它們是如何在樹葉和糾結的樹枝之間的縫隙中過境的呢？ 今天發表在《實驗生物學雜誌》上的一項研究表明，蜂鳥進化出了自己獨特的策略——事實上有兩種。這些策略以前沒有被報道過，可能是因為悍馬機動太快，人眼看不到。 由於狹縫狀的縫隙太窄，無法容納它們的翼展，它們會側身穿過狹縫，不斷拍打翅膀，以免降低高度。 對於更小的洞——或者如果鳥兒已經熟悉了另一邊等待它們的東西——它們會收起翅膀滑行通過，一旦清空就繼續拍打翅膀。 “對我們來說，在進行實驗時，抱膝和滑行是默認的。否則他們怎麽能通過呢？”羅伯特·達德利說，他是加州大學伯克利分校的綜合生物學教授，也是這篇論文的資深作者。“這種橫向運動與機翼運動學完全混合的概念非常令人驚訝——這是一種新穎和意想不到的光圈過境方法。它們在改變翅膀拍動的幅度，這樣當它們橫向滑行時就不會垂直下降。” 使用較慢的側向滑行技術可以讓鳥類更好地評估即將到來的障礙和空隙，從而減少碰撞的可能性。 “更多地了解動物如何越過障礙和環境的其他‘基石’，如陣風或湍流區域，可以提高我們對複雜環境中動物運動的整體理解，”第一作者Marc Badger指出，他於2016年在加州大學伯克利分校獲得博士學位。 “我們仍然不太了解在雜亂中飛行是如何受到幾何、空氣動力學、感覺、新陳代謝或結構過程的限製的。甚至行為限製也可能來自長期影響，如身體的磨損，正如我們在研究中觀察到的孔徑協商技術的變化所暗示的那樣。”  圖A和B顯示了一隻蜂鳥從側麵穿過一個孔的側麵和下麵的視圖。c和D顯示了蜂鳥像子彈一樣穿過一個孔，翅膀向後掠的相同視圖。信用:uux.cn/馬克獾 他指出，了解鳥類用於在混亂環境中機動的策略最終可能有助於工程師設計更好地在複雜環境中導航的無人機。 “目前的遙控四旋翼飛行器在大多數性能指標上都優於開放空間中的大多數鳥類。那麽還有繼續向自然學習的理由嗎？”獾說。“是的。我認為是動物如何與複雜的環境互動。如果我們把鳥的大腦放在四旋翼飛行器裏，半機械鳥和普通鳥會更擅長在風中飛過茂密的森林嗎？在動蕩或混亂的環境中，撲翼可能有許多感官和物理優勢。” 超越障礙訓練場 為了探索蜂鳥——在這種情況下，四隻當地的安娜蜂鳥(Calypte Anna)——盡管無法折疊翅膀，但如何從微小的開口中逃脫，Badger和Dudley與加州大學伯克利分校的學生Kathryn McClain，Ashley Smiley和Jessica Ye合作。  一隻安娜蜂鳥在樹枝間側身滑行，這是蜂鳥獨有的意想不到的動作。鳴謝:uux.cn/馬克·巴傑，加州大學伯克利分校 “我們建立了一個雙麵飛行競技場，並想知道如何訓練鳥類穿過分隔兩麵的隔板上16平方厘米的間隙，”獾說，並指出蜂鳥的翼展約為12厘米(4 3/4英寸)。"然後，凱思琳有了一個驚人的想法，使用交替獎勵." 研究小組在隔板的兩側放置了含有一小口糖溶液的花形喂食器，但隻有在鳥訪問了對麵的喂食器後，才遠程重新填充喂食器。這促使鳥兒不斷地通過縫隙在兩個喂食器之間飛來飛去。 研究人員隨後改變了光圈的形狀，從橢圓形到圓形，高度、寬度和直徑從12厘米到6厘米不等，並用高速攝像機拍攝了鳥類的動作。Badger編寫了一個計算機程序，在每隻鳥接近和穿過光圈時跟蹤它們的喙和翼尖的位置。 他們發現，當鳥兒接近光圈時，它們通常會短暫懸停以評估光圈，然後側向飛行，用一隻翅膀向前伸出，同時將第二隻翅膀向後掃，當它們通過光圈時，拍打翅膀以支撐自己的體重。然後它們向前擺動翅膀繼續前進。 “問題是，它們必須仍然保持重量支撐，這種支撐來自兩翼，然後控製推動它前進的水平推力。他們用左右翼做著非常奇怪的事情，”達德利說。“再一次，這隻是又一個例子，說明在一些實驗情況下，當我們被推動時，我們可以引出我們在普通盤旋的蜂鳥身上看不到的控製特征。” 或者，這些鳥向後掃動翅膀，將翅膀固定在身體上，像子彈一樣先用喙射擊，然後向前掃動翅膀，安全通過後再繼續拍打。 達德利說:“當他們對係統更加熟悉時，他們似乎會采用更快的方法，即彈道穿越。 隻有當接近最小的開口時，也就是半個翼展寬，鳥兒才會自動采取抱膝滑行的方式，即使它們不熟悉這種設置。 該小組指出，盡管有一隻經曆了嚴重的碰撞，但隻有大約8%的鳥在穿過隔板時夾住了翅膀。即便如此，這隻鳥在成功重新嚐試飛行並繼續飛行之前很快就恢複了。 “在幾個障礙談判策略中進行選擇的能力可以讓動物可靠地擠過狹窄的間隙，並從錯誤中恢複過來，”Badger指出。 Dudley希望進行進一步的實驗，也許是用一係列不同的孔，來確定鳥類如何通過多重障礙。 |
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