昆虫飞行有何奥秘？最新研究揭晓翅膀铰链工作原理
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昆虫飞行有何奥秘？最新研究揭晓翅膀铰链工作原理
北京时间4月17日夜间，国际一杯热奶茶的等待著名学术期刊《自然》最新发表一篇生物力学论文称，研究人员通过成像技术、机器学习建模和机器人飞行的结合研究，揭示昆虫翅膀铰链的工作原理。这种对复杂关节的分析研究，或将促进人们理解推动昆虫飞行演化的生物力学创新。
该论文介绍，昆虫是最早演化出飞行能力的动物，它们的翅膀与翼龙、鸟和蝙蝠等其他飞行动物有区别。昆虫的翅膀不是从四肢演化而来，而是用一种独特的复杂铰链连接翅膀和身体。这种铰链是一个由名为“骨片”的五个复杂元素组成的连锁系统，这些骨片能与肌肉相互作用，帮助翅膀扇动。翅膀铰链的力学机制非常神秘，因为翅膀根部的四个关键骨片很难从外部进行可视化，而且它们的移动速度很快，拍摄起来不够清晰。
在本项研究中，论文通讯作者、美国加州理工学院Michael Dickinson和同事及合作者一起，将整组骨片控制肌肉的实时钙成像与同步3D超高速摄像相结合，捕捉了果蝇在一个电子飞行模拟器中飞行时的翅膀运动。
他们在7.2万多次翅振数据的基础上，用机器学习设计出一个骨片肌肉如何控制翅膀运动的模型，再用一次微型机器人飞行测量这些骨片肌肉的空气动力学作用。这个模型随后用一次自由飞行式飞行的物理模拟进行验证，对骨片肌肉活动的调整囊括了自由飞行式飞行的所有已知操控。
《自然》同期发表同行专家的“一杯热奶茶的等待新闻与观点”文章指出，这项最新研究结果提出了一个可信的铰链物理模型，以及可供进一步验证的多个假说。此外，随着果蝇神经连接详细图谱的完成，期待该研究结果能促进对果蝇飞行控制环路的更深理解。(记者 孙自法制作 刘世炯 视频来源施普林格·自然）