Cynopterus brachyotis在风道内飞行。

据4月10日的《科学》杂志报道说，人们对飞行能力非常羡慕。飞行的才能使得许多动物能够经由空气来旅行，但有关动物的这种特殊的灵动性和稳定性的详情人们却知之甚少。 如今，研究人员说，他们已经研发出了预测空中旋转动力学的框架结构，并能用它来预测体型大小不同的7种不同种类飞行动物的飞行运动。 这项研究可以帮助我们在未来开发更为有效的在空中飞行的机器人。

Tyson Hedrick及其同僚对多种有翅动物（包括昆虫、蝙蝠和鸟类）的低速盘旋进行了研究。他们发现，这些动物的灵动性是通过一种他们称之为翼动反转矩的机制来完成的。 从基本上来说，当一个飞行动物转行的时候，在其翅膀向下划动的时候，其外侧翼的翼速度会增加，而在翅膀向上划动的时候，其内侧翼的翼速度会增加。 这种不对称性产生了一种能够降低动物旋转的扭矩。 研究人员捕捉到了这一资讯，并将其结合入一个适合4个昆虫物种、2个鸟类物种及一个蝙蝠物种的模型之中，并将该模型与真正动物的录像影片进行比较。 他们发现，那些几何学上类似的动物就其扑翼来说会有类似的旋转动力学，而其旋转动力学与动物的体型大小没有关系。 例如，果蝇与蜂鸟都需要有同样的扑翼数来完成一次盘旋。研究人员还说，当飞行动物扑翼速度加快的时候，其灵动性和稳定性也增加了，而这两种特性过去被认为是互为对立的。 在一篇Perspective中，Bret Tobalske对这些发现以及它们的意义进行了更为详细的解释。

推荐原始出处：

Science 10 April 2009:DOI: 10.1126/science.1168431

Wingbeat Time and the Scaling of Passive Rotational Damping in Flapping Flight

Tyson L. Hedrick,1* Bo Cheng,2 Xinyan Deng2*

Flying animals exhibit remarkable capabilities for both generating maneuvers and stabilizing their course and orientation after perturbation. Here we show that flapping fliers ranging in size from fruit flies to large birds benefit from substantial damping of angular velocity through a passive mechanism termed flapping counter-torque (FCT). Our FCT model predicts that isometrically scaled animals experience similar damping on a per-wingbeat time scale, resulting in similar turning dynamics in wingbeat time regardless of body size. The model also shows how animals may simultaneously specialize in both maneuverability and stability (at the cost of efficiency) and provides a framework for linking morphology, wing kinematics, maneuverability, and flight dynamics across a wide range of flying animals spanning insects, bats, and birds.

1 Department of Biology, University of North Carolina at Chapel Hill, Chapel Hill, NC 27599, USA.
2 Department of Mechanical Engineering, University of Delaware, Newark, DE 19716, USA.