生物科学门户网站
BIO1000.COM

新的3D模型显示了天堂树蛇如何利用空中起伏飞行

当天堂树蛇从一根高大的树枝飞到另一根高大的树枝上时,它的身体像碧绿的草丛在碧波荡漾的蓝天上起伏。这种运动,即空中起伏,发生在Chrysopelea家族成员唯一一次能够飞行的无肢脊椎动物的每次滑行中。科学家已经知道了这一点,但尚未完全解释。

二十多年来,弗吉尼亚理工大学生物医学工程与力学系教授杰克·索查(Jake Socha)一直试图对蛇飞行的生物力学进行测量和建模,并回答有关它们的问题,例如空中起伏的功能作用。在《自然物理学》杂志发表的一项研究中,Socha组建了一个跨学科团队,以开发第一个连续的,解剖学上准确的,在飞行中的金蛇菊3D数学模型。

该团队包括凯文·克罗夫顿(Kevin T. Crofton)航空航天与海洋工程系的教授Shane Ross,以及刚获得机械工程博士学位和该论文的主要作者Isaac Yeaton的团队,他们在测量了100多条活蛇后开发了3D模型滑行。该模型将波动波的频率,其方向,作用在身体上的力以及质量分布等因素考虑在内。有了它,研究人员进行了虚拟实验来研究空中起伏。

在一组这些实验中,为了了解为什么每次滑行都是起伏的原因,他们模拟了如果不进行起伏会发生的情况-通过将其关闭。当他们的虚拟飞蛇不再空中起伏时,它的身体开始跌落。该测试与模拟滑行相结合,使滑行的波浪不断前进,证实了该团队的假设:空中起伏增强了飞蛇的旋转稳定性。

飞行和运动问题充斥着Socha的实验室。该小组致力于研究飞蛇,研究青蛙如何从水中跳下并在水上跳跃,血液如何流过昆虫,鸭子如何降落在池塘上。在某种程度上,Socha探究起伏在蛇滑行中的功能性很重要,因为很容易假设它实际上并没有。

索查说:“我们知道蛇会由于各种原因和在各种运动环境中起伏。”“这是他们的基础程序。按程序,我的意思是他们的神经,肌肉程序?-他们正在接受特定的指令:现在发射这条肌肉,发射那条肌肉,发射这条肌肉。这很古老。它超越了蛇。制造起伏是一种古老的现象。蛇很可能飞到空中,然后它会说:“我该怎么办?我是蛇。我起伏。”

但是Socha相信还有更多的东西。在整个天堂树蛇的飞行过程中,一次发生了很多事情,用肉眼很难解开它们。索查(Socha)描述了每次滑行时发生的几个步骤-这些步骤是故意的。

首先,蛇跳起来,通常是将其身体弯曲成一个“ J形环”,然后弹跳而出。蛇在发射时会重新配置其形状,其肌肉转移以使身体扁平化,除了尾巴。当空气流过它时,它会变成一个“变形翼”,在重力作用下向下加速,从而产生升力和阻力。Socha已在多项研究中检查了这些空气动力学特性。随着蛇的扁平化,蛇会向身体发出波浪。

在研究开始时,Socha有一个关于空中起伏的理论,他通过比较两种类型的飞机来解释:超大型喷气式飞机和喷气式喷气式飞机。他说,巨型喷气式飞机的设计旨在保持稳定性,一旦受到干扰,它们就会自行自行恢复水平,而战斗机则失去控制。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。