為了激發(fā)先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)，賓州州立大學(xué)機(jī)械工程系的研究人員發(fā)表了關(guān)于飛行昆蟲如何顛倒著陸的最完整描述。
該論文今天（10月23日）發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。“通過(guò)這項(xiàng)工作，我們?cè)噲D了解蒼蠅如何眨眼之間執(zhí)行顛倒著陸的動(dòng)作，”論文的主要作者，機(jī)械工程助理教授博Bo Cheng如是說(shuō)。
Bo Cheng認(rèn)為這可以說(shuō)是飛行昆蟲進(jìn)行的最困難，最難理解的特技飛行。Bo Cheng說(shuō)：“最終，我們想在工程學(xué)中復(fù)制它，但是我們必須首先理解它。”
與賓州州立大學(xué)機(jī)械工程系助理教授讓-米歇爾·蒙古（jean-michel mongeau）和機(jī)械工程系博士生潘柳（pan liu）一起，Bo Cheng教授致力于了解蒼蠅降落在天花板和移動(dòng)物體等不同表面上的生物力學(xué)和感覺(jué)過(guò)程。
為了收集數(shù)據(jù)，研究小組首先使用高速攝影技術(shù)檢查了蒼蠅在飛行室中的倒立著地行為。他們的研究發(fā)現(xiàn)，昆蟲通常執(zhí)行四個(gè)完全定時(shí)的動(dòng)作以使其上下顛倒：它們提高速度，完成快速的身體旋轉(zhuǎn)動(dòng)作（類似于車輪），進(jìn)行大范圍的腿部伸展，最后通過(guò)腿輔助降落將腳牢牢固定在天花板上時(shí)，身體擺動(dòng)。
高速視頻錄制示例以俯仰控制著陸。蒼蠅使用俯仰控制的身體動(dòng)作顛倒著陸。
圖片來(lái)源：賓夕法尼亞州立大學(xué)的Bo Cheng和Pan Liu
圖片來(lái)源：賓夕法尼亞州立大學(xué)的Bo Cheng和Pan Liu
研究人員還認(rèn)為，這些動(dòng)作是由蒼蠅在接近其理想著陸點(diǎn)時(shí)所感知到的一系列復(fù)雜的視覺(jué)和感官線索來(lái)推動(dòng)的。蒙戈說(shuō)：“眨眼間，這些蒼蠅就可以完全顛倒它們的身體和土地，這是非常壯觀的。” “我們一直都在觀察它的發(fā)生，但是我們已經(jīng)證明了操縱的復(fù)雜性。機(jī)器人能夠做到這一點(diǎn)引起了很多興趣。”
示例縱向身體擺動(dòng)主導(dǎo)著陸的高速視頻記錄。一只蒼蠅利用大的縱向腿輔助秋千上下顛倒著陸。
圖片來(lái)源：賓夕法尼亞州立大學(xué)的Bo Cheng和Pan Liu
圖片來(lái)源：賓夕法尼亞州立大學(xué)的Bo Cheng和Pan Liu
但是，當(dāng)前的機(jī)器人技術(shù)嚴(yán)重缺乏執(zhí)行相同操縱所需的速度和效率。高速視頻記錄示例性的側(cè)身擺動(dòng)主導(dǎo)著陸。一只蒼蠅利用大的腿部側(cè)向側(cè)向秋千上下顛倒著陸。
Mongeau說(shuō)：“我們以自然為靈感。” “這有助于推動(dòng)工程學(xué)的基礎(chǔ)科學(xué)，了解蒼蠅如何解決這些問(wèn)題，以便我們將其應(yīng)用于未來(lái)的技術(shù)。”除了推進(jìn)機(jī)器人技術(shù)外，這項(xiàng)工作的意義也可以應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域。
實(shí)例的高速視頻記錄由于人體早期旋轉(zhuǎn)而無(wú)法著陸。
圖片來(lái)源：賓夕法尼亞州立大學(xué)的Bo Cheng和Pan Liu
圖片來(lái)源：賓夕法尼亞州立大學(xué)的Bo Cheng和Pan Liu
“蒼蠅的神經(jīng)系統(tǒng)如何如此迅速地做到這一點(diǎn)？” 蒙戈說(shuō)。“這項(xiàng)工作重申了這些動(dòng)作在極小的神經(jīng)系統(tǒng)中的執(zhí)行速度。這些數(shù)據(jù)可以為理解大腦功能的新假設(shè)提供新的依據(jù)。”
