为了激发先进的机器人技术,宾夕法尼亚州立大学机械工程系的研究人员发表了关于飞虫如何倒立着陆的最完整描述。
这篇论文今天(10月23日)发表在科学的进步。“通过这项工作,我们试图了解苍蝇是如何在眨眼间完成倒立着陆的动作的,”机械工程助理教授、该论文的第一作者程博说。
据程说,这可以说是飞行昆虫最难、最不容易理解的特技飞行动作。
“最终,我们想在工程上复制它,但我们必须首先理解它,”程说。
Cheng和宾夕法尼亚州立大学机械工程助理教授Jean-Michel Mongeau以及机械工程博士生Pan Liu一起,致力于了解苍蝇在不同表面(如天花板和移动物体)降落时使用的生物力学和感官过程。
为了收集数据,研究小组首先使用高速摄像技术检查了苍蝇在飞行舱内的倒着着陆行为。他们的研究发现,昆虫通常会执行四种完美的时间动作来倒立着陆:它们增加速度,完成快速的身体旋转动作(类似于侧手翻),进行大幅度的腿部伸展,最后,当它们的脚牢牢地放在天花板上时,通过腿部辅助的身体摆动着陆。
研究人员还认为,这些动作是由果蝇在接近理想着陆点时感知到的一系列复杂的视觉和感官线索启动的。
Mongeau说:“眨眼之间,这些苍蝇可以完全翻转身体并降落,这是非常壮观的。”“我们看到这种情况一直在我们身边发生,但我们已经证明了这种机动的复杂性。人们对机器人能做同样的事情很感兴趣。”
然而,目前的机器人技术严重缺乏执行相同动作所需的速度和效率。
“我们从大自然中寻找灵感,”Mongeau说。“这有助于推动工程基础科学的发展,了解苍蝇是如何解决这些问题的,这样我们就可以把它们应用到未来的技术中。”
除了推进机器人技术,这项工作的意义也可以应用于神经科学领域。
“苍蝇的神经系统是怎么做到这么快的?”Mongeau说。“这项工作重申了这些动作在一个非常小的神经系统中执行得有多快。这些数据可以为理解大脑的功能提供新的假设。”
该项目的合作者包括印度班加罗尔国家生物科学中心的副教授Sanjay P. Sane和科罗拉多州立大学的助理教授赵建国。
这项工作得到了美国国家科学基金会50万美元的资助。
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