当涉及到昆虫飞行通常情况下,越大越好。当翅膀收缩时,空气摩擦会压倒飞行动力——这就是为什么蜻蜓能在家蝇扑通扑通飞起来的原因。但一只沙粒大小的甲虫却颠覆了这一格言。

羽翅甲虫(Paratuposa placentis),不到半毫米长,比一些单细胞变形虫还小。在这个尺度下,空气会变成糖浆状,科学家们曾经认为,甲虫只是随风飘荡。但是最新的研究表明自然展示了它们如何挥动轻巧的翅膀来跟上体型是它们三倍的物种的步伐。

顾名思义,羽毛甲虫的翅膀上布满了毛,像羽毛一样。这些多孔的附属物很轻,产生的摩擦力比典型的苍蝇的薄膜翅膀小,有助于甲虫产生升力。包括寄生蜂在内的多种昆虫谱系在缩小体型的过程中进化出了类似的翅膀,但根据这项新研究的作者们的说法,这些甲虫使用了一种以前未知的策略来产生它们超大的飞行能力。

2017年,该研究团队从越南丛林的一些真菌中收集了羽毛甲虫。为了记录昆虫极其微小的飞行模式,实验人员把它们放在一个透明的房间里,在一系列测试中,用两台高速摄像机以每秒近4000帧的速度拍摄它们。他们利用这些记录建立了这种小甲虫的三维模型,并计算了它的空气动力学。

莫斯科斯科尔科沃科技学院研究流体力学的物理学家、研究报告的合著者Dmitry Kolomenskiy说,研究小组发现,羽毛甲虫不是上下拍打翅膀,而是以一种“非凡的”8字形模式绕在翅膀上。当布满毛的翅膀从被称为鞘翅的保护壳中展开后,它们在移动时互相模仿,在昆虫的前后拍合在一起。kolomenskiy说,这种动作让人想起了一种极端的游泳姿势,比如蝴蝶。鞘翅稳定甲虫和它翻动的翅膀,防止它旋转。

这种模式与游泳的相似性特别引起了俄克拉荷马州立大学(Oklahoma State University)研究微型昆虫空气动力学的机械工程师阿尔温德·桑那克里什南(Arvind Santhanakrishnan)的兴趣。Santhanakrishnan没有参与这项研究,他说:“这种划水的方式通常见于小型水生甲壳类动物,如水蚤。”“非常令人惊讶的是,小羽毛甲虫也使用了类似的策略来产生升力。”

Kolomenskiy和他的同事们希望能够解释其他类似微小昆虫的飞行模式。他们说,他们的发现可能会影响工程师如何缩小飞行技术——尽管Kolomenskiy承认,要让无人机接近羽翼甲虫的比例,需要一项重大的工程成就。“可能没有那么小,”他说。“但这还有待探索。”