張二七

金花蛇是已知唯一會“飛行”的蛇類，這種“飛蛇”能夠在樹木間滑翔。近期，來自美國的科研團隊成功開發出一種可連續的三維數學模型，并以此揭示出金花蛇“飛行”的兩個關鍵因素。相關研究成果發表在《自然·物理學》雜志上。

說它們“會飛”其實并不太準确，金花蛇隻是擁有短距離滑翔的能力。比如，有的金花蛇會在高處的樹冠間彈跳穿梭，從一根樹枝滑翔到幾米外的另一根樹枝上。當它在半空中擺動身體時，看起來就像是在飛行一樣。

“飛蛇”竟是空氣動力學高手

作為一種沒有四肢的動物，這種蛇的“飛行”能力的确令人震驚。它們是如何在樹冠間穿梭，而不會失去平衡并跌落在地的呢？

2002年，弗吉尼亞理工學院的傑克·索查在《自然》雜志發表了一篇關于這種蛇“飛行”能力的文章，将這種蛇及其卓越的滑翔技巧帶入了人們的視野。

在這項研究中，索查發現，準備“起飛”時，金花蛇會先爬到樹枝的頂端，把自己挂成“J”形，然後像個彈簧一樣收縮身體，準備發射。

起跳後，為了“飛”得盡可能遠，它會把身體變得扁平，寬度幾乎可達正常狀态的兩倍。從橫截面看，它的身體腹部向上彎曲，變成了一個橫放的“C”字狀。

索查當時認為，這種飛盤一樣的形狀可以讓身體下方的氣壓更高，從而使空氣更好地“托起”蛇的身體。

2010年，索查和研究團隊專門搭建了一座8米多高的高塔，并在上面裝了樹枝，來模拟樹冠。他們發現，從這座塔上躍下，金花蛇最遠能滑翔24米。他們讓蛇反複跳下，并用4台照相機捕捉蛇在滑翔過程中的動作。

通過這些圖像，研究者3D打印出一個滑翔中的扁平的金花蛇模型，并放到水缸裡，通過水流研究其流體動力學特征。同時，他們還聯系了華盛頓大學的航空工程師，在電腦中對蛇模型進行空氣動力學模拟。

最終，他們發現在金花蛇的滑翔過程中，空氣的“吸力”似乎起到了重要的作用：當金花蛇的身體變得扁平後，蛇身上方形成了小小的渦流，這裡的低氣壓把蛇“吸”了起來。

扭動或有助于保持平衡

但金花蛇的滑翔能力還存在着一個謎團：它們在滑翔時為何要擺動身體呢？

在最近發表于《自然·物理學》的這項研究裡，研究者采用了天堂金花蛇作為研究對象，并且在蛇背部安放了一系列紅外反射标記。這樣，就能通過動作捕捉技術，複原蛇在滑翔時身體的所有動作。

研究團隊選擇了一個劇院作為試驗場地，并設置了一棵“人造樹”，這棵樹的樹枝是橡樹，上面粘有假的葉子和藤蔓——這裡就是蛇滑翔的起點。

在随後的9天裡，研究者不斷讓蛇從這棵樹上跳下，并用一套由24台攝像機組成的動作捕捉系統，實時記錄蛇身上标記物的位置。

借助這些數據，研究者終于獲得了一個“解剖學意義上準确的”金花蛇三維模型。他們結合慣性和空氣動力學的影響，在電腦上分别模拟金花蛇在有無擺動時的滑翔能力。

他們發現，在不擺動時，金花蛇也能滑翔很遠一段距離，但是在滑翔過程中極易發生翻滾或墜落。當添加了擺動的動作後，金花蛇模型則可以穩定滑翔很長一段距離。

然而，倫敦大學學院的吉姆·安德伍德在另一篇文章中認為，不能簡單粗暴地認為金花蛇的擺動隻是為了滑翔的穩定性，并徹底排除這種擺動隻是它們正常運動習慣的可能性，“這兩種觀點可能都是正确的”。

盡管未能完美回答最初的問題，這項研究仍然對相關蛇形機器人的改進設計提供了很大幫助。研究者在論文中提出，這項研究可以為以飛蛇為靈感的蛇形機器人的設計，提供空中擺動的運動模闆和理論基礎，同時也能幫助簡化現有的類似機器人。

（據《環球科學》）

本文來自：科技日報

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