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为何苍蝇那么难拍?运动感知比人眼快六倍,机动快五十倍!

每到夏季,苍蝇就会钻到你家厨房中乱串,让你一阵心烦,每当你拿起一本杂志或者其他东西想拍打苍蝇时,你的动作总会落后苍蝇半拍,无论你有多快,总有比你更快的苍蝇。科学家利用超高速摄影机,揭示了苍蝇在空中的机动能力,其论文发表在2021年1月13日的《英国皇家学会学报 B》上。

研究人员选取的对象是生活中常见的家蝇,以及其他几种苍蝇类型,家蝇归类为双翅目蝇科,双翅目的苍蝇其后翅膀演变为细小的棒状结构,通过后翅的震动可以感知身体平衡状态,从而帮助苍蝇在飞行过程中稳定身体。摘除后翅的苍蝇将失去飞行方向性,飞行稳定性大大降低,且不能垂直降落。

起飞时间

超高速摄影机以每秒3000帧的速度记录了苍蝇的起飞动作和飞行姿态,发现双翅目苍蝇的起飞速度是其他苍蝇的五倍,而且起飞过程只需要拍打一次翅膀,平均起飞时间为0.007秒,最慢的也不会超过0.014秒,而其他非双翅目苍蝇最慢起飞时间为0.039秒,大约需要拍打4次翅膀。

飞行机动性

研究人员称,苍蝇在躲避危险起飞时,总是在速度和平衡之间权衡,一旦起飞完成,在空中的苍蝇将拥有超高的机动性,其中家蝇能在0.01秒内改变飞行航行,这比人类眨眼还快50倍,而且苍蝇的翅膀能产生足够的力量,让它在空中迅速地躲避危险。

曾在华盛顿大学研究飞行生物力学的弗洛里安・穆伊雷斯称:苍蝇的身体可以卷成90度,以最大限度发挥空中机动性能,快速躲避捕食者。

特殊的视觉

苍蝇之所以有如此之快的反应速度,其特殊的视觉系统是关键,家蝇的复眼有大约4000个小眼,复眼虽然降低了分辨率,但是让苍蝇拥有极快的闪光融合率(类比显示屏的图像刷新率)。

人眼平均的闪光融合率约为60,如果眼前的物体运动速度过快,就会导致人眼的视觉系统跟不上,于是我们看到的物体就是模糊的,分不清细节。

来自英国剑桥大学细胞神经科学的教授罗杰・哈迪,将电极植入家蝇复眼的感光器中,测试其闪光融合率大约为每秒400次,这比人眼快了6倍多。这就意味着,我们看快速运动的物体是模糊的,但是在苍蝇眼中就是慢动作,24帧率的视频在苍蝇眼中就如我们看PPT,只是分辨率大大降低了,但是对于苍蝇来说,速度比分辨率更重要。

研究还显示,家蝇的复眼拥有更广的视角范围,不需要转头就能看清360度的视角,起飞前200毫秒(0.2秒)就能通过视觉观察到危险,从而调整好姿态并预判飞行方向和位置。

以上这些研究结果,说明苍蝇在速度上远快于人类,所以我们很难拍打到它,当然我们可以借助一些灭蝇工具,比如苍蝇拍就能大大提高你拍到苍蝇的几率。