蛇并非总是会飞，但当它们飞行时，它们会以动物王国中无与伦比的优雅滑翔。天堂树蛇（Chrysopelea paradisi）从树枝上飞扑下来时，会左右摆动——“坠落”一词过于不雅——并能飞出 100 英尺远。当这些飞蛇扭转身体时，它们也会压平身体，从底部向内卷曲。这种独特的动作和变形组合赋予了它们受控滑翔飞行的能力，就像在空中游泳一样。
Jake Socha 和他的同事们通过构建一个 3D 蛇模型、进行大量模拟以及逐渐习惯身边跳入空中的三英尺长的蛇，弄清楚了它们是如何做到的。
作为弗吉尼亚理工大学的助理教授和生物力学专家，Socha 几年前就证明了这些飞蛇在飞行时会同时以两种方式移动它们像绳索一样的身体。它们像鞭子一样扭动，可能使用它们在地面上爬行时相同的肌肉。并且它们压平身体的腹部，Socha 认为它们是通过沿着整个身体伸展肌肉来实现的，这有点像眼镜蛇通过散开肋骨来形成“兜帽”一样。
无论哪种方式，这种腹部压平都使蛇的形状像一个橡皮糖（或达斯·维达的头、水母钟罩或“芝麻街”角色 Grimace）。Socha 解释说：“想象一下你拿起你的蛇，它只是一个长圆柱体，然后你对其进行横截面切割。你将其切成两半，然后从端部观察。一旦你越过了所有的血液、内脏和类似的东西，然后观察形状，它就像一个圆圈，它是圆形的。但在空中，它呈现出三角形。它在底部有两个向下的小边；它几乎是凹形的。”
与非常高效的飞行物体（如飞机翼型的流线型前缘）相比，这似乎并不那么符合空气动力学。但 Socha 和他的同事们发现，它的效率却出奇地高。蛇的整个身体都呈现出这种形状，使其整个身体能够产生升力。蛇现在就是机翼。这个视频展示了它的效果有多好。
团队想弄清楚蛇的升力系数和其他空气动力学特性。但他们不能直接将蛇扔进风洞，所以他们使用 3D 打印机制作了一个飞行构型形状的塑料棒，然后在水箱中使用激光对其进行测试。模型上的传感器报告了围绕棒材流动的水的力，这作为流过飞蛇的空气的替代物。
在重复的测试中，他们以 -10 到 60 度不等的攻角进行了倾斜。攻角的工作原理如下：如果你把手伸出正在行驶的汽车的窗外，并使其平放在风中，你的攻角就是零。如果你像说“停止”一样将其举起，那就是 90 度的攻角（对于产生升力来说，这是一个糟糕的位置）。在模型蛇倾斜的过程中，团队发现 35 度的倾斜产生的升力最大——但飞蛇即使在极端角度也能产生升力。
“我们认为这有助于解释它如何实现其轨迹。当它跳出来时，它主要是在下落，并且以一个陡峭的角度向下——但尽管如此，它仍然可以产生升力，”Socha 说。“我们并不惊讶它产生了一点升力，但我们惊讶于它的表现如此出色。”
在与飞蛇合作十多年的工作中，Socha 观察到C. paradisi 在动物园和野外从树上飞下来。他曾与它的一些近亲合作过，但它们在空中并没有像这个物种那样压扁身体。这种构型可能与它们如此擅长飞行有关。
Socha 的实验室里有大约 20 条树蛇，接下来他想研究它们的 3D 飞行包线，包括它们的摆动波如何发挥作用。他也指出，所有这些都可能对机器人设计者有用。
“如果你能制造出一种能够进行各种炫酷蛇形机器人操作的机器人蛇，比如缠绕在杆子上并爬上去，或者钻入狭小的瓦砾缝隙中，如果也能让同一个机器人飞起来，那就太棒了，”他说。
该论文发表在《实验生物学杂志》上。
参考文献：Holden, D., Socha, J. J., Cardwell, N. and Vlachos, P. P. (2014). Aerodynamics of the flying snake Chrysopelea paradisi: how a bluff body cross-sectional shape contributes to gliding performance. J. Exp. Biol. 217, 382-394。
