飞行员依靠无线电信号、先进的计算和工具才能够在强侧风时保持航向，然而鸟类可以自然地做到这一点，即便是在能见度很低的环境中。为了了解鸟类是如何完成这一壮举的，美国斯坦福大学机械工程助理教授David Lentink实验室里的研究人员对在横风隧道中飞行的爱情鸟进行了研究。相关论文发表在7月9日的《美国国家科学院院刊》上，该研究有望为自主飞行机器人开发出更强大、计算效率更高的视觉控制算法。
这是第一次对鸟类如何在短时间内调整它们的身体、脖子和头部的方向，从而在45度的极端侧风下飞行进行研究。令研究人员惊讶的是，无论是在明亮的视觉环境中，还是在只有微弱光点作为唯一视觉信标的黑暗洞穴环境中，爱情鸟都游刃有余。
Lentink实验室的博士后、现为弗吉尼亚大学助理教授的Daniel Quinn说：“即使是在洞穴环境中，爱情鸟也能在45度的侧风下飞行，这太神奇了，因为在自然环境中，它们白天会在开阔的生境内飞行。即使是训练有素的飞行员，也要依靠跑道灯光、无线电信标和空中交通管制员的指引，才能在有风的夜晚安全着陆。”
Lentink补充说：“这项研究中的条件可能会导致飞行员的空间定向障碍，但爱情鸟在黑暗中完美地完成了动作，就好像没有任何挑战一样。这对整个团队来说都是一个巨大的惊喜，因为我们研究的是‘幼稚’的爱情鸟：它们被饲养在室内的笼子里，没有在风中飞行的经验。因此，这种能力很可能是与生俱来的。”
研究人员发现，爱情鸟通过稳定并注视目标来导航，同时向侧风倾斜自己的身体。保持航向要求它们的脖子主动弯曲30度或更大角度。根据实验数据建立的计算机模拟模型表明，当颈部控制处于主动状态时，身体转向是被动实现的。一个简单的机械鸟模型在风洞中进行的进一步测试显示了它的工作原理。
“飞机有一个垂直的机尾，可以使其稳定地迎风飞行。我们发现了鸟类不需要这一部位的原因：它们扇动的翅膀不仅能够提供推动力，还会像风向标一样被动地迎风前进。” Lentink说。
但这只是故事的一半。与此同时，爱情鸟还会主动弯曲脖子，把头朝向灯塔。然后，颈部扭转的量给出了相对于目标方向的风角。这个扭转的角度对爱情鸟控制朝向目标的飞行是必须的。而当它们这样做的时候，它们的头部非常稳定。Quinn说：“很明显，鸟类前庭系统感知到的重力方向有助于弥补宽视场视野缺失。”
在红外线下拍摄的鸟类在黑暗中飞行的高速视频和模型显示，鸟类不需要宽视场视野或视觉流动（图像在视网膜上的运动强度）来帮助其在侧风中飞行。过去几十年来在静止空气中进行的基于实验室的运动和神经研究认为两者都是必需的，而新研究却给出了不同的答案，当然，研究人员仍然认为，当可用时，丰富的视觉信息在鸟类整合所有感官输入时发挥着关键作用，但这项研究证明了视觉信息并不是必需的。
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编译：花花
审稿：西莫
责编：张梦
期刊来源：《美国国家科学院院刊》
期刊编号：0027-8424
原文链接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-07/su-lam070919.php
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