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掌握鳥類如何在復雜表面上穩定著陸

來源:Nature2019-10-09

Nature 2019-10-09

即使是對飛鳥,蝙蝠和昆蟲的隨意觀察,也可以發現這些生物具有嫻熟且看似毫不費力的能力,可以從各種各樣的表面安全著陸并起飛,無論這些表面是樹枝,電話線,花朵還是巖石。相比之下,客機通常需要較長的平坦跑道才能完成相同的壯舉,即使如此,起飛或降落期間也可能發生事故。隨著小型無人機在各種應用場合1–4的使用量的增加,以及提高無人機的空氣動力學和能效的挑戰(鑒于它們的體積小5),人們有興趣開發無人機設計以提高其降落的成功率在一系列復雜的表面上。Roderick等人在eLife中撰寫文章。6報告了他們對太平洋鸚鵡(Forpuscoelestis)如何在不同類型的鱸魚上著陸的分析,從而為這些鳥類采取的著陸方法提供了見識。

先前的工作7通過研究腳,爪,研究了鳥類,蝙蝠和陸生哺乳動物等脊椎動物如何抓住表面。這項工作主要依靠諸如比較形態學分析來評估腳,腳趾和爪的幾何形狀,動物運動研究(稱為描述性運動學)或靜態握力測試等方法。這樣的方法已經表明,例如,在動物在其自然環境中的通常運動模式期間,爪形如何根據動物的大小和爪的使用而變化。例如,與通常用于攀爬的爪相比,通常用于在地面上奔跑和操縱的爪通常具有更大的深度并且彎曲程度較小。然而,缺乏對使動物能夠利用其腳和爪來在著陸時(例如當鳥類棲息時)建立穩定支撐的動力學和力的研究。

太平洋鸚鵡是厄瓜多爾和秘魯山區森林的原生樹棲鳥類。Roderick等。研究了這些鳥類如何在七個直徑或質地不同的天然或人工棲息地上著陸(圖1),包括粗糙,柔軟和光滑的表面。測試了三種樹的樹枝,其中一種在鳥的自然棲息地中發現,稱為絲線(Ceibaspeciosa)。


為了獨立地監視棲息地著陸面的前后,作者設計了分開的棲息地,以便將每個半部分分別錨固到力和扭矩傳感器上,該傳感器記錄著著陸力的時間和特征以及駕駛員所經歷的旋轉力。鳥類;兩種力量都受到著陸方式的影響。作者還測量了鳥類的腳和爪在著陸時產生的擠壓力。將這些測量結果與近距離,高速視頻記錄下來的鳥類的翅膀,身體,腿,腳和爪子的著陸運動相結合,可以提供有關與獲得穩定的棲息地有關的著陸事件的詳細信息。

作者報告說,鳥類在翅膀和腿部運動方面以一致的方式接近任何給定棲息處的著陸點,著陸點和旋轉力在每個著陸過程的時間范圍內均一地變化。這樣的著陸策略與早期的工作89一致,后者表明鳥類和昆蟲使用視覺提示接近著陸目標,以便在估計的時間內準確地定位其身體,使其與著陸表面接觸。

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