2019-07-10 06:17:01
爱情鸟在黑暗中的王牌演习

虽然飞行员依靠无线电信号,先进的计算和工具来保持它们在强大的侧风期间保持航行,但是鸟类可以自然地在这些苛刻条件下航行 - 并且在能见度很低的环境中这样做。为了解他们如何实现这一壮举,斯坦福大学机械工程助理教授David Lentink实验室的研究人员研究了在侧风隧道中飞行的爱情鸟,该风洞具有可定制的风和光设置。

这项研究发表在7月9日的“美国国家科学院院刊”上,可以激发更强大,计算效率更高的自主航空机器人视觉控制算法。

这是第一项关于鸟类如何定位身体,颈部和头部以在短距离内通过极端45度侧风飞行的研究 - 无论是在明亮的视觉环境中还是在黑暗的洞穴状环境中,其中微弱的光线是唯一的视觉灯塔。令研究人员惊讶的是,爱情鸟在所有环境中都能很好地驾驭。

“令人惊奇的是,爱情鸟甚至在我们的洞穴环境中驾驶45度侧风,因为在他们的自然环境中,他们在白天在开放的栖息地飞行,”丹尼尔奎因说,他是Lentink的博士后研究员,现在担任助理教授。弗吉尼亚大学。 “即使是训练有素的飞行员也依靠跑道照明,无线电信标和空中交通管制员的指导,在大风的夜晚安全降落。”

“我们研究的条件可能会导致飞行员的空间迷失,但爱情鸟在黑暗中的演习就像没有挑战一样,”Lentink补充道。 “这对整个团队来说是一个巨大的惊喜,因为我们研究了'天真'的爱情鸟。它们被饲养并饲养在室内笼子中,没有在风中飞行的经验。因此,它们的能力可能是天生的。”

研究人员发现,爱情鸟通过稳定和固定他们的目标,同时将他们的身体偏向侧风来导航。坚持到底需要他们积极扭曲30度或更多。通过实验数据得知的计算机模拟模型表明,当颈部控制活动时,被动地实现身体重新定向到风中。在风洞中使用简单的机械鸟模型进行的进一步测试表明它的工作情况。

“飞机有一个垂直的尾翼,可以稳定地定向到风中。我们发现为什么鸟类不需要它们:它们的拍打翅膀不仅提供推进力,它们也像风向标一样被动地定向在风中”Lentink说。

但这只是故事的一半。同时,爱情鸟积极地扭动他们的脖子,使他们的头朝向灯塔。颈部扭曲的量然后给出相对于其球门方向的相对风角。这种扭转角度是所有爱情鸟需要控制他们飞向灯塔的飞行。在这样做的同时,他们的头脑非常稳定。

“显然,鸟类前庭系统感知的重力方向有助于弥补缺失的宽视野视线,”奎因说。

在黑暗中飞行,在红外光下拍摄的鸟类的高速视频,以及解释行为的模型显示,鸟类不需要宽视野视野,也不需要光学流动(视网膜上图像强度的运动)在侧风中操纵。这一发现与几十年来在静止空气中进行的基于实验室的运动和神经科学研究相反,这些研究表明两者都很关键。研究人员仍然认为,丰富的视觉信息(如果有的话)在鸟类结合所有感官输入的方式中起着关键作用,但该研究修正了它必不可少的观点。

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