銀洗貝母（Argynnis paphia） 圖片來源：Wikipedia

我們(men) 常常可以看到蝴蝶在陽光明媚的草地上翩翩起舞，它們(men) 優(you) 雅地拍打著翅膀，令人著迷。別看它們(men) 飛得不快，搖搖晃晃略顯笨拙，但你若想伸手去捉住它們(men) 卻並不容易，蝴蝶總是能夠靈巧地逃走。蝴蝶究竟掌握了怎樣特別的飛行方式，讓它能反應迅速呢？

早在20世紀70年代，韋斯·福格（Weis Fogh）的標誌性論文就首次描述了懸停式昆蟲的拍翼飛行機製，此後這一機製被普遍視為(wei) 昆蟲空氣動力學的重要部分。與(yu) 其他懸停飛行的昆蟲，如蜻蜓、蜜蜂等相比，蝴蝶看起來十分不同，甚至可以說它不像是會(hui) 飛的動物。相對於(yu) 它們(men) 嬌小的體(ti) 型來說，它們(men) 的翅膀異常的短且寬大，笨拙、低頻地拍打翅膀讓它們(men) 看上去更像是一位飛行新手。

福格的飛行機製提出已接近50年，但迄今為(wei) 止，還鮮有對自由飛行的昆蟲翅膀的定量空氣動力學研究，對蝴蝶飛行機製的研究也寥寥無幾，這使得人們(men) 大多認為(wei) 蝴蝶翅膀在空氣動力學方麵效率低下。然而，瑞典隆德大學的研究團隊近日在《英國皇家學會(hui) 期刊·界麵》（J. R. Soc. Interface）發表了一項研究，他們(men) 稱事實與(yu) 人們(men) 的印象恰恰相反，蝴蝶其實是使用了一種非常複雜且有效的拍翼方式，巧妙地利用了它們(men) 獨特的翅膀。這有助於(yu) 它們(men) 在躲避捕獵者時迅速起飛，且擁有很高的飛行效率。

實驗中，研究人員在瑞典南部的野外捕捉了6隻銀洗貝母（Argynnis paphia），讓它們(men) 在風洞實驗室中自由飛行，並使用層析粒子圖像測速儀(yi) 和高速攝像機對蝴蝶的飛行過程進行了記錄分析。研究表明，在它們(men) 上擊和拍打翅膀的過程中，不僅(jin) 僅(jin) 是兩(liang) 個(ge) 平麵的相撞。當兩(liang) 翼撞擊時，由於(yu) 翅膀的靈活性，它們(men) 會(hui) 有一個(ge) 反向的弧度，形成一種“杯狀”拍擊，就像一個(ge) 裝滿空氣的口袋。在拍擊過程的後期，空氣會(hui) 被擠壓出來，形成一股向後的氣流，推動蝴蝶向前飛行。

而在下擊翅膀時，蝴蝶能夠運用氣流支撐體(ti) 重，使其在空中懸停，不至於(yu) 跌落到地麵。這種“杯狀”的拍翼方式具有很高的效率，同時能夠讓蝴蝶快速起飛，並保持高度定向且持續的飛行。此外，蝴蝶的翅膀非常大，且具有較好的柔性，這也使得翼緣能夠形成更封閉的結構，包含進更多的空氣量，同時能夠避免泄露。

蝴蝶飛行的空氣動力學成像。圖片來源： J. R. Soc. Interface.18: 20200854隆德大學的生物學研究者佩爾·亨寧鬆（Per Henningsson）說：“這是一種優(you) 雅的飛行機製，比我們(men) 想象的要先進得多，它很吸引人。”該研究團隊還將蝴蝶翅膀的形狀和靈活性運用到了無人機上，他們(men) 研製的柔性機翼拍打式無人機，經過實驗驗證，與(yu) 剛性機翼相比，拍擊的有效衝(chong) 量（+22%）和效率（+28%）都顯著得到了提升。

受生態和棲息地變化的影響，不同種類蝴蝶的翅膀形狀有很大的區別。進一步探索這種形態變化與(yu) 拍翼方式的聯係，以及對拍翼性能的影響是很有必要的。未來該團隊將把研究中發現的拍翼機製，進一步應用於(yu) 無人機的機翼或水下無人機所用的推進係統設計中，通過實現“杯狀”拍擊來提高效率，從(cong) 而縮短飛行或者潛行時間和航程。

參考鏈接：

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/01/210121132059.htm

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsif.2020.0854

來源：環球科學


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