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高速相機立功:研究發現蚊子有兩種全新飛行技能加成

這是一個架設了八台高速攝像機、用來捕捉蚊子飛行模式的“迷你電影工作室”。

為了捕捉蚊子飛行中的身姿, 研究人員們打造了一個“迷你電影工作室”,

裡面設置了 8 台幀率達到 10000 fps 的高速攝像機。 這使得團隊能夠以前所未有的精細視角, 觀察蚊翼的撲打動作。

在飛蟲中, 蚊子早就被發現有許多與眾不同的地方。 首先, 它們的翅膀又窄又長、輔以異常小的振幅(stroke amplitude arc / 翼掃角度), 讓它們的飛行動作看起來相當怪異。

蚊子翅膀後延的流線型(紅色)結構, 可利用渦流給自身增加升力。

相比之下, 果蠅揮動翅膀的角度, 是蚊子的四倍。 同樣不尋常的, 還有蚊子拍打翅膀的頻率 —— 達到了每秒 800 次, 幾乎是近似大小昆蟲的四倍。

根據高速攝像機記錄下的結果, 研究人員們創建出了一套模擬蚊子翅膀周圍氣流的系統, 卻意外發現了兩種全新的空氣動力學機制 —— 旋轉阻力(rotational drag)、以及後緣渦流(trailing-edge vortices)。

高速攝像機揭示了蚊子飛行的奇怪機理。

蚊子擁有的這兩種獨特技能, 讓它們可以在半振(half-stroke)結束時繞軸旋轉。 顯然, 這有望激發研究人員們的想像, 開發出新穎的微尺度飛行技術。

本次研究揭示了蚊蟲要如何“精力旺盛”地撲打翅膀才能維持飛行, 但也給我們提出了幾套有關這種進化過程的新問題(精緻優雅、且能效極高的系統)。

The Secrets of Mosquito Flight Uncovered

蚊子最惱人的一點, 或許是高速振翼時發出的“嗡嗡”聲。 不過研究首席作者 Richard Bomphrey 在接受 Quartz採訪時透露, 這裡還潛藏著交際(聲學通訊)功能。

一項 2014年的研究發現,

在求偶過程中, 雄蚊可以調節它們飛行時的音調、以接近其它磁蚊的頻率, 這或許可解釋為何蚊子“偶爾”會出現低效率的空氣動力學過程。

Scanning mosquito wings

論文合著者 Simon Walker 博士對這項研究的前景進行了展望, 稱之有助於找到減少諸多蚊媒疾病傳播的新方式:

儘管當前還有很多要向飛蟲學習的地方, 但隨著我們瞭解的深入, 就能夠更好地理解其飛行行為、如何傳播疾病、以及最終阻止這一過程。

有關這項研究的詳情, 已經發表在近日出版的《自然》(Nature)期刊上。

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