蜂鸟独特的侧向摆动让它们穿过小孔 _蜂鸟

一只安娜蜂鸟(Calypte anna)拍打着翅膀，侧身穿过一个对它的翼展来说太小的缝隙。鸣谢:马克·巴杰，加州大学伯克利分校
据加州大学伯克利分校：大多数掠过茂密多叶森林的鸟类都有一个策略来通过植被中的紧密窗户——它们在手腕或肘部弯曲翅膀，然后穿过。
但是蜂鸟在飞行过程中无法弯曲它们的翼骨，那么它们是如何在树叶和纠结的树枝之间的缝隙中过境的呢？
今天发表在《实验生物学杂志》上的一项研究表明，蜂鸟进化出了自己独特的策略——事实上有两种。这些策略以前没有被报道过，可能是因为悍马机动太快，人眼看不到。
由于狭缝状的缝隙太窄，无法容纳它们的翼展，它们会侧身穿过狭缝，不断拍打翅膀，以免降低高度。
对于更小的洞——或者如果鸟儿已经熟悉了另一边等待它们的东西——它们会收起翅膀滑行通过，一旦清空就继续拍打翅膀。
“对我们来说，在进行实验时，抱膝和滑行是默认的。否则他们怎么能通过呢？”罗伯特·达德利说，他是加州大学伯克利分校的综合生物学教授，也是这篇论文的资深作者。“这种横向运动与机翼运动学完全混合的概念非常令人惊讶——这是一种新颖和意想不到的光圈过境方法。它们在改变翅膀拍动的幅度，这样当它们横向滑行时就不会垂直下降。”
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和空隙，从而减少碰撞的可能性。
“更多地了解动物如何越过障碍和环境的其他‘基石’，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乱中飞行是如何受到几何、空气动力学、感觉、新陈代谢或结构过程的限制的。甚至行为限制也可能来自长期影响，如身体的磨损，正如我们在研究中观察到的孔径协商技术的变化所暗示的那样。”

图A和B显示了一只蜂鸟从侧面穿过一个孔的侧面和下面的视图。c和D显示了蜂鸟像子弹一样穿过一个孔，翅膀向后掠的相同视图。信用:马克獾
他指出，了解鸟类用于在混乱环境中机动的策略最终可能有助于工程师设计更好地在复杂环境中导航的无人机。
“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。那么还有继续向自然学习的理由吗？”獾说。“是的。我认为是动物如何与复杂的环境互动。如果我们把鸟的大脑放在四旋翼飞行器里，半机械鸟和普通鸟会更擅长在风中飞过茂密的森林吗？在动荡或混乱的环境中，扑翼可能有许多感官和物理优势。”
超越障碍训练场
为了探索蜂鸟——在这种情况下，四只当地的安娜蜂鸟(Calypte Anna)——尽管无法折叠翅膀，但如何从微小的开口中逃脱，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。

一只安娜蜂鸟在树枝间侧身滑行，这是蜂鸟独有的意想不到的动作。鸣谢:马克·巴杰，加州大学伯克利分校
“我们建立了一个双面飞行竞技?。?并想知道如何训练鸟类穿过分隔两面的隔板上16平方厘米的间隙，”獾说，并指出蜂鸟的翼展约为12厘米(4 3/4英寸) 。"然后，凯思琳有了一个惊人的想法，使用交替奖励."
研究小组在隔板的两侧放置了含有一小口糖溶液的花形喂食器，但只有在鸟访问了对面的喂食器后，才远程重新填充喂食器。这促使鸟儿不断地通过缝隙在两个喂食器之间飞来飞去。
研究人员随后改变了光圈的形状，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，在每只鸟接近和穿过光圈时跟踪它们的喙和翼尖的位置。
他们发现，当鸟儿接近光圈时，它们通常会短暂悬停以评估光圈，然后侧向飞行，用一只翅膀向前伸出，同时将第二只翅膀向后扫，当它们通过光圈时，拍打翅膀以支撑自己的体重。然后它们向前摆动翅膀继续前进。
“问题是，它们必须仍然保持重量支撑，这种支撑来自两翼，然后控制推动它前进的水平推力。他们用左右翼做着非常奇怪的事情，”达德利说。“再一次，这只是又一个例子，说明在一些实验情况下，当我们被推动时，我们可以引出我们在普通盘旋的蜂鸟身上看不到的控制特征。”
或者，这些鸟向后扫动翅膀，将翅膀固定在身体上，像子弹一样先用喙射击，然后向前扫动翅膀，安全通过后再继续拍打。
达德利说:“当他们对系统更加熟悉时，他们似乎会采用更快的方法，即弹道穿越。
只有当接近最小的开口时，也就是半个翼展宽，鸟儿才会自动采取抱膝滑行的方式，即使它们不熟悉这种设置。
该小组指出，尽管有一只经历了严重的碰撞，但只有大约8%的鸟在穿过隔板时夹住了翅膀。即便如此，这只鸟在成功重新尝试飞行并继续飞行之前很快就恢复了。
“在几个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，并从错误中恢复过来，”Badger指出。
Dudley希望进行进一步的实验，也许是用一系列不同的孔，来确定鸟类如何通过多重障碍。