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掌握鸟类如何在复杂表面上稳定着陆

来源:Nature2019-10-09

Nature 2019-10-09

即使是对飞鸟,蝙蝠和昆虫的随意观察,也可以发现这些生物具有娴熟且看似毫不费力的能力,可以从各种各样的表面安全着陆并起飞,无论这些表面是树枝,电话线,花朵还是岩石。相比之下,客机通常需要较长的平坦跑道才能完成相同的壮举,即使如此,起飞或降落期间也可能发生事故。随着小型无人机在各种应用场合1–4的使用量的增加,以及提高无人机的空气动力学和能效的挑战(鉴于它们的体积小5),人们有兴趣开发无人机设计以提高其降落的成功率在一系列复杂的表面上。Roderick等人在eLife中撰写文章。6报告了他们对太平洋鹦鹉(Forpuscoelestis)如何在不同类型的鲈鱼上着陆的分析,从而为这些鸟类采取的着陆方法提供了见识。

先前的工作7通过研究脚,爪,研究了鸟类,蝙蝠和陆生哺乳动物等脊椎动物如何抓住表面。这项工作主要依靠诸如比较形态学分析来评估脚,脚趾和爪的几何形状,动物运动研究(称为描述性运动学)或静态握力测试等方法。这样的方法已经表明,例如,在动物在其自然环境中的通常运动模式期间,爪形如何根据动物的大小和爪的使用而变化。例如,与通常用于攀爬的爪相比,通常用于在地面上奔跑和操纵的爪通常具有更大的深度并且弯曲程度较小。然而,缺乏对使动物能够利用其脚和爪来在着陆时(例如当鸟类栖息时)建立稳定支撑的动力学和力的研究。

太平洋鹦鹉是厄瓜多尔和秘鲁山区森林的原生树栖鸟类。Roderick等。研究了这些鸟类如何在七个直径或质地不同的天然或人工栖息地上着陆(图1),包括粗糙,柔软和光滑的表面。测试了三种树的树枝,其中一种在鸟的自然栖息地中发现,称为丝线(Ceibaspeciosa)。


为了独立地监视栖息地着陆面的前后,作者设计了分开的栖息地,以便将每个半部分分别锚固到力和扭矩传感器上,该传感器记录着着陆力的时间和特征以及驾驶员所经历的旋转力。鸟类;两种力量都受到着陆方式的影响。作者还测量了鸟类的脚和爪在着陆时产生的挤压力。将这些测量结果与近距离,高速视频记录下来的鸟类的翅膀,身体,腿,脚和爪子的着陆运动相结合,可以提供有关与获得稳定的栖息地有关的着陆事件的详细信息。

作者报告说,鸟类在翅膀和腿部运动方面以一致的方式接近任何给定栖息处的着陆点,着陆点和旋转力在每个着陆过程的时间范围内均一地变化。这样的着陆策略与早期的工作89一致,后者表明鸟类和昆虫使用视觉提示接近着陆目标,以便在估计的时间内准确地定位其身体,使其与着陆表面接触。

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