蜂鸟独特的侧向扑动使它们能够通过小孔

大多数飞越茂密、绿叶茂密的森林的鸟类都有一种策略，可以通过植被中的狭小窗户进行机动——它们在手腕或肘部弯曲翅膀，然后快速穿过。

但蜂鸟在飞行时无法弯曲翼骨，那么它们如何穿过树叶和缠结的树枝之间的间隙呢?

今天发表在《实验生物学杂志》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，其中有两种。这些策略以前从未被报道过，可能是因为悍马车的机动速度太快，人眼无法看到。

对于狭缝状的间隙太窄而无法容纳它们的翼展，它们会从侧面爬过狭缝，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另一边等待着它们的是什么——它们会收起翅膀滑行通过，一旦空了就恢复拍动。

“对我们来说，进入实验时，折叠和滑行将是默认的。否则他们怎么能通过呢?” 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)说道。“这种侧向运动的概念与机翼运动学的完全混合是相当惊人的——这是一种新颖且意想不到的孔径传输方法。他们正在改变机翼拍动的幅度，这样它们在飞行时就不会垂直下落。做侧身的动作。”

使用较慢的侧向滑行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克服障碍物和环境的其他‘组成部分’，例如阵风或湍流区域，可以提高我们对复杂环境中动物运动的整体理解，”第一作者马克·巴杰尔(Marc Badger)指出，他获得了博士学位.. 2016 年获得加州大学伯克利分校博士学位。“我们仍然不太了解穿越杂波的飞行如何受到几何、空气动力学、感觉、代谢或结构过程的限制。甚至行为限制也可能由长期影响引起，例如正如我们在研究中观察到的光圈协商技术的转变所暗示的那样，身体的磨损。”

他指出，了解鸟类在杂乱环境中机动的策略最终可能有助于工程师设计能够更好地导航复杂环境的无人机。

“目前的遥控四旋翼飞行器在大多数性能指标上都可以胜过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呢?” 獾说。“是的。我认为这在于动物如何与复杂的环境互动。如果我们将鸟类的大脑放入四旋翼飞行器中，机器人鸟还是普通鸟类会更擅长在风中飞过茂密的森林?可能有很多感官和感知能力。在动荡或杂乱的环境中拍动翅膀具有物理优势。”

障碍赛

为了探索蜂鸟——在本例中是四只当地的安娜蜂鸟(Calypte anna)——如何在无法折叠翅膀的情况下滑过微小的开口，巴杰和达德利与加州大学伯克利分校的学生凯瑟琳·麦克莱恩、阿什利·斯迈利和杰西卡·叶合作。

“我们建立了一个两侧的飞行场地，想知道如何训练鸟类飞过两侧隔板上 16 平方厘米的间隙，”巴杰说，并指出蜂鸟的翼展约为 12 厘米( 4 3/4 英寸)。“然后，凯瑟琳想到了使用交替奖励的惊人想法。”

也就是说，研究小组在隔断两侧放置了装有一小口糖溶液的花形喂食器，但只有在鸟儿访问过对面的喂食器后才远程重新填充喂食器。这鼓励鸟类通过孔不断在两个喂食器之间飞翔。

然后，研究人员改变孔径的形状，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鸟类的动作。獾编写了一个计算机程序来跟踪每只鸟接近并通过孔径时的喙和翼尖的位置。

他们发现，当鸟类接近光圈时，它们经常会短暂盘旋以评估它，然后侧身飞行，用一只翅膀向前伸出，同时将第二只翅膀向后扫，在穿过光圈时拍动翅膀来支撑自己的重量。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，将其向前推动。他们在左右翼上做非常奇特的事情， “达德利说。“再一次，这只是又一个例子，说明当在某些实验情况下，我们如何能够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，将它们固定在身体上，先用喙射穿，就像子弹一样，然后向前扫翅膀，一旦安全穿过，就恢复拍动。

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

只有当接近最小的孔径(半个翼展宽)时，鸟儿才会自动采取折叠和滑翔的方式，即使它们不熟悉这种设置。

研究小组指出，尽管其中一只鸟经历了严重的碰撞，但只有约 8% 的鸟在穿过隔断时折断了翅膀。即便如此，这只鸟还是很快恢复过来，然后成功地重新尝试了这一动作并继续前进。

“在几种障碍谈判策略中进行选择的能力可以让动物可靠地挤过狭窄的间隙并从错误中恢复，”獾指出。

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。

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