工程师们在哥斯达黎加研究徘徊的蝙蝠和蜂鸟

在哥斯达黎加拉斯克鲁塞斯的每个日出，River Ingersoll的野外队伍都会徒步进入丛林，对几乎看不见的网络进行最后的修整。Ingersoll是斯坦福大学机械工程助理教授David Lentink实验室的一名研究生，他需要这些精致的网捕捉，研究和释放该地区丰富的蜂鸟和蝙蝠 - 这是仅有的两种能够盘旋到位的脊椎动物。

英格索尔说：“我们真的对翱翔飞行的进化感兴趣。” “花蜜蝙蝠从像蜂鸟这样的花朵中饮用，所以我们想知道这两种不同类群之间是否有任何相似之处或不同之处。”

英格索尔的网络工作，他在实地研究期间最终检查了100多只蜂鸟和蝙蝠，覆盖了17只蜂鸟和3种蝙蝠，其结果发表在“ 科学进步”杂志上。

通过高速摄像机镜头和空气动力测量的结合，他和他的研究人员发现蜂鸟和蝙蝠以不同的方式盘旋。然而他们还发现，花蜜蝙蝠的徘徊与蜂鸟徘徊有一些相似之处 - 果蝠不会分享。这表明，与其他蝙蝠相比，为了饮用花蜜，他们进化出了一种不同的悬停方法。

除了更多地了解蝙蝠和蜂鸟之外，Lentink和其他人可以将他们学到的知识用于工程问题，例如设计飞行机器人。工程师已经创造了受蜂鸟和蝙蝠启发的机器人，但还不知道这些机器人的哪些自然对应物最有效地徘徊。

看着每一根羽毛

很容易想象一只飞行动物如何通过向下拍打来支撑自己，但为了避免上下夸张的晃动，悬停的动物也必须保持这种支撑同时向上拍打。蜂鸟和蝙蝠通过在上行程中向后扭转翅膀来实现这一壮举，不断向下推动空气以使它们保持稳定高空。

“如果你看一下脊椎动物，有两种可以持续地盘旋，”伦廷克说。“那些是蜂鸟和花蜜蝙蝠。你会发现它们都像哥斯达黎加一样在新热带中找到。”

为了研究这些科目，英格索尔与斯坦福生态学家在拉斯克鲁塞斯开展的长期鸟类绑扎项目合作。他们从他们的项目中借用鸟类和蝙蝠，将每只动物放置在一个飞行室中，该室配备了由Lentink实验室开发的室内设备顶部和底部的空气动力传感器，以每秒10,000次测量垂直力的极小变化。这些板非常敏感，它们捕获了每只扭曲和颤动的蜂鸟产生的垂直力，重量只有2.4克。

通过将这些力测量与以每秒2000帧记录的多个高速摄像机同步，研究人员可以隔离他们的主体飞行的任何时刻，看看他们产生的升力与他们的翅膀的形状有关。

“我坐着等待蜂鸟喂花。一旦喂食，我会触发相机和力量测量，我们会得到四秒钟的蜂鸟拍打花朵的镜头，”英格索尔说。 。

在飞行室短暂停留后，英格索尔将鸟类和蝙蝠送回到被捕的地方并将其释放。整个过程需要一到三个小时。

悬停的不同方式

研究人员发现，在这些飞行过程中，蝙蝠和蜂鸟都相对于它们的重量产生了相似的能量，但蜂鸟，果蝠和花蜜蝙蝠都以非常不同的方式徘徊。蜂鸟以比蝙蝠更具空气动力学效率的方式徘徊 - 蜂鸟相对于阻力产生更多升力。在比较机翼形状时，研究人员发现这种效率可能是因为蜂鸟更容易倒转它们的翅膀。尽管蝙蝠挣扎着翻过翅膀，但由于它们有更大的翅膀和更大的击球力，它们能够施加相当多的能量。

研究人员惊讶地发现，花蜜蝙蝠(像蜂鸟一样躲到花朵上)在机翼升起时比果蝠产生更大的向上力。观察它们的翅膀形状，研究人员发现，花蜜蝙蝠可以比上行程中的果蝠更加扭曲翅膀。因此，花蜜蝙蝠的徘徊形式就像水果蝙蝠和蜂鸟徘徊的混合物。

研究人员计划将这些发现作为他们拍打机器人和无人机的工作的一部分，但Lentink也看到了在实验室之外开展更多工作的潜力。

“当里弗斯提议在哥斯达黎加进行这项研究时，实地研究是我从未希望过的。现在，他真的给了我灵感，”伦廷克说。“大约有10,000种鸟类，其中大部分从未被研究过。这听起来像是一项研究太大，但这就是我的梦想。”