蜂鸟独特的侧向颤动使它们穿过小孔

大多数飞过茂密、绿树成荫的森林的鸟类都有一种策略，即通过植被中的狭窄窗户进行机动——它们在手腕或肘部弯曲翅膀，然后通过桶。

但是蜂鸟在飞行过程中不能弯曲翅膀的骨头，那么它们如何穿过树叶和缠结的树枝之间的缝隙呢？

今天发表在《 实验生物学杂志》（Journal of Experimental Biology） 上的一项研究表明，蜂鸟已经进化出了自己独特的策略——事实上，其中两种策略。这些策略以前没有报道过，可能是因为悍马的机动速度太快，人眼看不到。

对于狭缝状的缝隙太窄而无法容纳它们的翼展，它们会侧身穿过狭缝，不断拍打翅膀以免失去高度。

对于较小的洞——或者如果鸟儿已经熟悉了另一边等待它们的是什么——它们会收起翅膀并滑行，一旦清除，它们就会恢复拍打。

“对我们来说，在进行实验时，褶皱和滑行将是默认的。他们怎么能通过呢？“加州大学伯克利分校综合生物学教授、该论文的资深作者罗伯特·达德利（Robert Dudley）说。“这种完全混合机翼运动学的侧向运动概念非常令人惊叹——这是一种新颖且意想不到的孔径传输方法。他们正在改变机翼节拍的幅度，这样当他们进行侧向滑行时，它们就不会垂直下降。

使用较慢的侧向 scooch 技术可以让鸟类更好地评估即将到来的障碍物和空隙，从而减少碰撞的可能性。

“更多地了解动物如何协商障碍物和环境的其他’构建块’，如阵风或湍流区域，可以提高我们对复杂环境中动物运动的整体理解，”第一作者Marc Badger指出，他于2016年在加州大学伯克利分校获得博士学位。“我们仍然不太了解在杂波中飞行如何受到几何、空气动力学、感官、代谢或结构过程的限制。甚至行为限制也可能来自长期影响，例如对身体的磨损，正如我们在研究中观察到的孔径协商技术的转变所暗示的那样。

他指出，了解鸟类在杂乱环境中机动的策略可能最终有助于工程师设计出能够更好地驾驭复杂环境的无人机。

“目前的遥控四旋翼飞行器在大多数性能指标上都优于开放空间中的大多数鸟类。那么有什么理由继续向大自然学习吗？“Badger说。“是的。我认为这是动物如何与复杂环境互动。如果我们把鸟的大脑放在四旋翼飞机里，半机械鸟还是普通鸟更擅长在风中飞过茂密的森林？在湍流或杂乱的环境中拍打翅膀可能有许多感官和身体上的优势。

障碍训练场

为了了解蜂鸟——在这种情况下，四只当地的安娜蜂鸟（Calypte anna）——如何在无法折叠翅膀的情况下从微小的开口中溜走，Badger和Dudley与加州大学伯克利分校的学生Kathryn McClain，Ashley Smiley和Jessica Ye合作。

安娜的蜂鸟在马克·巴杰

“我们建立了一个双面飞行竞技场，并想知道如何训练鸟类飞过分隔两侧的隔板中16平方厘米的间隙，”Badger说，并指出蜂鸟的翼展约为12厘米（4 3/4英寸）。“然后，凯瑟琳想到了一个惊人的主意，那就是使用交替奖励。”

也就是说，该团队在隔板的两侧放置了装有一口糖溶液的花形喂食器，但只有在鸟儿访问了对面的喂食器后才远程重新填充喂食器。这鼓励鸟类通过孔径在两个喂食器之间不断飞翔。

然后，研究人员改变了光圈的形状，从椭圆形到圆形，高度，宽度和直径从12厘米到6厘米不等，并用高速摄像机拍摄了鸟类的动作。Badger编写了一个计算机程序来跟踪每只鸟的喙和翼尖在接近和穿过孔径时的位置。

他们发现，当鸟类接近光圈时，它们经常在侧向飞行之前短暂盘旋以评估它，用一只翅膀向前伸展，同时将第二只翅膀向后扫过，在通过光圈时扇动翅膀以支撑它们的重量。然后他们向前转动翅膀继续前进。

“问题是，他们仍然必须保持来自两个机翼的重量支撑，然后控制水平推力，将其向前推。他们正在这样做，右翼和左翼正在做非常奇特的事情，“达德利说。“再一次，这只是另一个例子，说明当在一些实验情况下，我们可以引出我们在标准悬停蜂鸟中看不到的控制功能。

或者，鸟儿将翅膀向后扫过，并将它们固定在身体上，先射穿——先是喙，就像子弹一样——然后向前扫过翅膀，一旦安全通过，就会继续拍打翅膀。

“当他们更熟悉这个系统时，他们似乎会采取更快的方法，即弹道嗡嗡声，”达德利说。

马克·巴杰

只有当接近最小的孔径（半个翼展宽）时，鸟儿才会自动求助于褶皱和滑翔，即使它们不熟悉这种设置。

研究小组指出，只有大约8%的鸟类在穿过隔板时剪断了翅膀，尽管其中一只经历了一次重大碰撞。即便如此，这只鸟还是很快恢复了过来，然后成功地重新尝试了这个动作并继续前进。

“在几种障碍谈判策略中进行选择的能力可以使动物可靠地挤过狭窄的缝隙并从错误中恢复过来，”Badger指出。

达德利希望进行进一步的实验，也许使用一系列不同的孔径，以确定鸟类如何穿越多个障碍物。

这项工作主要由美国国家科学基金会（DGE-0903711）的CiBER-IGERT资助资助。

相关信息

• 侧向机动使自由飞行的蜂鸟能够进行窄孔径协商（J. of Exp. Biology）
• Robert Dudley’s 网站
• Marc Badger’s 网站
• 蜂鸟喝酒吗？比你想象的要多。（2023年6月）