《自然》雜志4月18日發(fā)表的一項研究稱，美國加州理工學(xué)院團隊結(jié)合成像技術(shù)、機器學(xué)習(xí)建模和機器人飛行，首次揭示了昆蟲翅膀鉸鏈的工作原理。對這種復(fù)雜關(guān)節(jié)的分析，或促進(jìn)人們理解飛行演化過程，帶來仿生學(xué)和生物力學(xué)的創(chuàng)新。昆蟲是最早演化出飛行能力的動物。它們的翅膀與翼龍、鳥和蝙蝠等其它飛行動物有區(qū)別。昆蟲的翅膀不是從四肢演化而來，而是用一種獨特的復(fù)雜鉸鏈連接翅膀和身體。這種鉸鏈?zhǔn)且粋€由名為“骨片”的五個復(fù)雜元素組成的連鎖系統(tǒng)，這些骨片能與肌肉相互作用，幫助翅膀扇動。不過，翅膀鉸鏈的力學(xué)機制非常神秘，因為翅膀根部的四個關(guān)鍵骨片很難從外部進(jìn)行可視化，它們的移動速度很快，拍攝的照片不夠清晰?？茖W(xué)家團隊此次將整組骨片控制肌肉的實時鈣成像與同步3D超高速攝像相結(jié)合，捕捉到果蠅在一個電子飛行模擬器中飛行時的翅膀運動。他們在7.2萬多次翅振數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，用機器學(xué)習(xí)設(shè)計了一個骨片肌肉如何控制翅膀運動的模型，再用一次微型機器人飛行測量了這些骨片肌肉的空氣動力學(xué)作用。這個模型隨后用一次自由飛行的物理模擬進(jìn)行了驗證，其對骨片肌肉活動的調(diào)整，囊括了自由飛行的所有已知操控。這些結(jié)果共同提出了一個可信的鉸鏈物理機制，以及可供進(jìn)一步驗證的多個假說。此外，隨著果蠅神經(jīng)連接詳細(xì)圖譜的完成，團隊期待他們的結(jié)果能促進(jìn)對昆蟲飛行控制環(huán)路的更深理解。