我们经常用“直线距离”来形容两点之间最直接的连线。但飞行并非总是最有效率的出行方式。看看鹦鹉雀就行了。
鹦鹉雀,顾名思义,是体型小巧的鹦鹉。它们容易训练,而在飞行方面,它们比蜂鸟等进化出奇特的悬停飞行的物种更具普遍性。这些特性组合使得鹦鹉雀成为研究飞行起源的最佳实验室助手。
在一项周三发表在《科学进展》杂志上的研究中,研究人员发现,鹦鹉雀在从一个栖木跳到另一个栖木的短途旅行中,通过助跑或跳跃开始旅程来节省能量。如果这样的话。
“有时候它们更谨慎,它们真的就只是跨越栖木,”首席作者Diana Chin说。
“有只鸟简直是劈叉了,”Chin笑着说。随着研究人员增加栖木之间的距离,鹦鹉雀开始增加扇动翅膀的次数。
但这并不是全力扇动翅膀,就像你把手臂举过头顶然后完全放回两侧一样。相反,这些小小的扇动翅膀更小更短,就像一个人只抬起和放下手臂一小段距离——只平行于地面,而不是垂直于地面。
鸟类在树上觅食时会使用这种行为,身体前倾,跳向下一根树枝,用翅膀短促地拍打支撑身体的重量。这种行为比全力飞行消耗的能量更少。
Chin和她的同事认为,这种行为可能为我们提供了了解鸟类祖先(包括有羽毛的恐龙)进化起源的窗口。他们利用计算机模型发现,在长距离跳跃运动中增加一个原翅拍打,就可能延长有羽毛恐龙的活动范围。对于体型较大的有羽毛恐龙来说,增加的范围很小,但随着时间的推移,恐龙体型变小,原翅拍打的优势急剧增加。
“这是一种发展它们觅食飞行技能的可能机制,”Chin解释道,并指出在树枝之间高效地飞行或移动,可以让鸟类及其祖先从觅食行为中获得更多,将能量留到需要时使用。
“在这种情况下,附近会有种子或其他植物或昆虫,”Chin说。“它们会想要一种非常有效的方式在不同的树枝之间移动。”
模型还显示,这些短促、快速的跳跃可以为鸟类提供必要的工具和动作,最终过渡到更长的、更传统的扑翼飞行。
这项研究不仅能让我们更了解鸟类如何在树上跳跃,以及恐龙可能如何在更古老的树上跳跃,而且对需要穿越困难或复杂地形的机器人设计也有启示。
Chin利用她和之前研究的数据,建立了一个模型,显示了最佳的起飞角度,并计算了与原翅拍打等动作相关的能量消耗。这有助于设计同时拥有腿和翅膀的机器人。通过节省能量并使用最有效的运动方式在杂乱区域移动,机器人可以显著延长其活动范围。
未来的研究将专注于制造这些机器人,并研究像鹦鹉雀这样的鸟类如何在各种不同的表面上都能稳稳地着陆。