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對(duì)于昆蟲(chóng)來(lái)說(shuō)，體型越大通常越有利于飛行。因?yàn)槌嵩叫?，與空氣的摩擦越大，空氣摩擦力也越有可能超過(guò)由振翅提供的飛行動(dòng)力。這也是蜻蜓能夠高飛而家蠅只能向下俯沖的原因。但有一種比沙粒還要小的甲蟲(chóng)卻推翻了這種規(guī)律。

這是一種羽翼甲蟲(chóng)（featherwing beetle），身長(zhǎng)不足半毫米，體型比一些單細(xì)胞的變形蟲(chóng)還要小，屬于纓甲科（Ptiliidae）。對(duì)于這種微型昆蟲(chóng)，空氣理應(yīng)變得像糖漿一樣黏稠，科學(xué)家也曾經(jīng)認(rèn)為它們只是隨風(fēng)飄蕩。但一項(xiàng)發(fā)表于《自然》（Nature）的研究提出了不一樣的觀點(diǎn)，并展現(xiàn)出這些微型甲蟲(chóng)是如何用輕盈的后翅追上體型是它們3倍的物種的。

正如羽翼甲蟲(chóng)的名字，這種甲蟲(chóng)擁有像羽毛一樣的后翅——狹長(zhǎng)且有纓狀長(zhǎng)毛，因而被稱作纓翅。不過(guò)，昆蟲(chóng)中常見(jiàn)的翅是膜翅。即使是在寄生蜂等昆蟲(chóng)的體型縮小后，它們也演化出了典型的膜翅。但事實(shí)上，相比于同等大小的膜翅，纓翅更輕盈，與空氣之間的摩擦更小，也更有助于產(chǎn)生推動(dòng)昆蟲(chóng)飛行的升力。這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)，羽翼甲蟲(chóng)非凡的飛行能力依靠的是一種前所未見(jiàn)的策略。

2017年，研究團(tuán)隊(duì)在越南叢林的真菌中采集到了這種羽翼甲蟲(chóng)。為了記錄這種甲蟲(chóng)在微觀尺度下的飛行模式，研究人員將它們置于一個(gè)透明腔內(nèi)，并使用兩臺(tái)高速攝像機(jī)以每秒4000幀的速度拍攝。根據(jù)記錄的圖像，他們構(gòu)建出包括纓翅在內(nèi)的甲蟲(chóng)身體部位的3D模型，并借此計(jì)算了這種甲蟲(chóng)在飛行時(shí)的空氣動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

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研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，羽翼甲蟲(chóng)并不是上下振翅，而是呈8字型振翅。俄羅斯斯科爾科沃科學(xué)技術(shù)研究院的物理學(xué)家德米特里·科洛緬斯基（Dmitry Kolomenskiy，這項(xiàng)研究的共同作者）主要研究流體力學(xué)，他評(píng)價(jià)這種振翅的方式“非同尋常”。這種甲蟲(chóng)的一對(duì)纓翅會(huì)先從保護(hù)它們的鞘翅（硬化的前翅，覆蓋在后翅上）中展開(kāi)，然后同時(shí)拍打身體的前側(cè)和后側(cè)。值得一提的是，這對(duì)纓翅的動(dòng)作互為鏡像?？坡寰捤够f(shuō)，這讓人聯(lián)想到難度極高的泳姿——蝶泳。

羽翼甲蟲(chóng)的飛行模式與游泳的相似之處引起了阿爾溫德·桑塔納克里希南（Arvind Santhanakrishnan，未參與這項(xiàng)研究）的興趣。桑塔納克里希南是美國(guó)俄克拉何馬州立大學(xué)的機(jī)械工程師，主要研究有關(guān)微型昆蟲(chóng)的空氣動(dòng)力學(xué)?！斑@種類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)方式常見(jiàn)于小型甲殼水生生物，比如水蚤，”桑塔納克里希南說(shuō)，“因此，這種微型甲蟲(chóng)也用類(lèi)似的方式制造升力令人相當(dāng)驚訝。”

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科洛緬斯基和同事表示，這項(xiàng)研究或許能啟發(fā)工程師設(shè)計(jì)微型飛行結(jié)構(gòu)。不過(guò)，科洛緬斯基也指出，要想讓無(wú)人機(jī)接近這種微型甲蟲(chóng)的尺寸可能需要重大的工程學(xué)突破。他說(shuō)：“可能做不到像它們這么小，但這也值得探索?！蔽磥?lái)，科洛緬斯基和同事希望能闡明其他微型昆蟲(chóng)的飛行模式。

撰文：杰克· 塔米西亞 (Jack Tamisiea)

翻譯：董子晨曦

審校：王昱

引進(jìn)來(lái)源：科學(xué)美國(guó)人

本文來(lái)自：中國(guó)數(shù)字科技館