慢动作摄像机显示了蜜蜂翅膀的运动是如何产生波浪的。
研究发现,当蜜蜂落入水中时,它们会产生自己的涟漪,然后滑翔到干燥的陆地上。
除了造蜜和授粉能力,现在多了一个欣赏蜜蜂的理由:它们是世界级的冲浪者。
除了给花朵授粉外,工蜂(都是雌性)还被赋予了寻找水来冷却蜂巢的任务。但是如果它们掉到池塘里,它们的翅膀会被弄湿,不能用来飞行。美国加州理工学院的研究人员发现,当蜜蜂落入水中时,它们可以利用翅膀产生涟漪,然后滑翔向陆地,就像冲浪者一样,这些冲浪者创造并驾驭自己的海浪。
加州理工学院的工程师、该研究的主要作者克里斯·卢(Chris Roh)说:“当蜜蜂掉入水中时,为了生存,它们必须找到一条上岸的路。”该研究周一发表在《美国国家科学院院刊》上。“这是一个生存还是死亡的问题。”
与许多科学进步一样——艾萨克·牛顿的苹果或者本杰明·富兰克林的闪电——Roh博士的实验始于一次散步。2016年经过加州理工学院的米利肯池塘时,他看到一只蜜蜂在水面上产生波浪。他想知道一种会飞的昆虫是如何在水中前进的。
Roh博士和他的合著者、加州理工学院航空学和生物工程学教授莫特扎·加里布(Morteza Gharib)使用蝴蝶网收集帕萨迪纳当地的蜜蜂,观察它们的冲浪动作。
上图这个微小的装置使研究人员能够更仔细地观察蜜蜂翅膀的运动。
研究人员制作了一个线束来约束每只蜜蜂的身体运动,以便仔细观察它们的翅膀。他们发现,蜜蜂将翅膀弯曲成30度角,将水拉起并产生向前的推力。蜜蜂被困在水面上是因为水的密度大约比空气大3个数量级。但是当它扇动翅膀时,这个重量有助于推动蜜蜂前进。这对蜜蜂来说是一项艰苦的运动,研究人员估计蜜蜂在水面大约可以进行10分钟的活动。
研究人员说,这种类似冲浪的动作在其他昆虫身上没有记录,大多数半水栖昆虫都用它们的腿作为推进力,也就是人们所说的在水里行走。他们推测,这项能力可能在蜜蜂这里得以进化,这样工蜂就可以收集液体而不会被困在水中死亡。在石蝇身上可以看到最接近的运动,但它们的动作更像在戏水,而不是冲浪。
卢博士和加里布计划利用他们的观察来设计能够穿越天空和海洋的机器人。他们已经制作了一个机械模型来模拟蜜蜂的冲浪运动。接下来,他们将制造一个足够轻的飞行器。
普林斯顿大学机械和航空航天工程教授霍华德·斯通(Howard Stone)说,“大自然是技术创新的有益指南,因为进化已经有很多年的时间来尝试解决常见的物理问题了。”
加里布博士的实验室此前曾通过观察水母来研究水下运动,通过观察树叶在风中沙沙作响来获取能量。他设想了蜜蜂冲浪的许多实际应用。
“你可以想象一个两栖系统,它可以在水面上移动,而且飞行起来没有任何麻烦,”加里布博士说。“在无法单独派遣派船或直升机的情况下,这可能对搜索和救援有用,或者对获取海洋表面样本有用。
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