蝙蝠利用微型肌肉在飞行中调整翅膀，无人机也能做到这一点

当鸟或蝙蝠飞行时，除了简单的拍打翅膀动作外，还有很多其他动作。这也是人类花了很长时间才像它们一样飞翔的原因之一（您可以在此处阅读更多相关信息）。它们的物理动作极其复杂，在上行和下行时，肩部会有轻微弯曲。然后是细微的调整，这些细微的调整可以帮助动物俯冲、快速转弯和快速降落。

蝙蝠拥有独一无二的飞行能力，它们可以精准地俯冲和旋转以避开障碍物、寻找花粉和果实，并捕捉飞行不规律的微小猎物。它们之所以能做到这一点，要归功于它们的膜翼，膜翼由伸展在手、前臂和肩膀之间的皮革状皮肤制成。膜翼像悬挂式滑翔机一样捕捉空气——微小的调整可以带来飞行的巨大变化。从进化的角度来看，这是好事，因为它消耗的能量更少。但像这样控制翅膀也很难；如果你不小心，你可能会坠毁。

蝙蝠的翼膜上嵌有一组独特而脆弱的肌肉，称为固有斜翼肌。科学家们早在一个世纪前就发现了它们，但却没有人能解释它们的用途。

布朗大学研究生乔恩·切尼 (Jorn Cheney) 是一篇有关这些肌肉的新论文的主要作者，他想弄清楚这一点。他认为，这些肌肉要么是重要的激活器——共同作用，使蝙蝠的翅膀变形并施加力量——要么是被动传感器，让蝙蝠感觉到翅膀伸展的程度，以便它可以安全地调整飞行模式。

他用一层薄薄的液体乳胶将细小的电极连接到三只雄性牙买加果蝠的翅膀上。当它们从麻醉中醒来时，它们在风洞中飞来飞去，而切尼则以每秒 500 帧的速度拍摄它们。以下是样本：

事实证明，PP 肌肉对于控制蝙蝠飞行至关重要。它们在蝙蝠向下飞行时收紧，在向上飞行时放松，同步动作以使蝙蝠的翅膀变紧。它们甚至可以根据蝙蝠的速度调整其弯曲和放松，就像换挡一样。当蝙蝠快速飞行时，它们的肌肉在向下飞行周期中会更早收紧。所有这些都使蝙蝠能够对其飞行进行微调，并且非常快速地进行调整。

“由于蝙蝠的翅膀上有这些肌肉，还有可以控制整体形状的骨骼，所以它们可以呈现任意形状，”切尼说。

从生物学角度来说这是一个有趣的发现，但它也对人类设计的扑翼飞行器具有重要意义。

在布朗大学的另一间实验室里，工程师们正在研究蝙蝠机器人。研究生约瑟夫·巴尔曼（Joseph Bahlman）以小狗面果蝠为原型，制作了一个 3D 打印的机器人蝙蝠翅膀，并于去年进行了测试。这只翅膀包括一个弹性膜，覆盖在塑料打印的“骨头”上。现在，该团队正在调整其设计，以适应特殊的肌肉。

“这是我们现在必须转动的又一个旋钮，”工程学教授肯尼斯·布鲁尔 (Kenneth Breuer) 说道，他为这项微型肌肉研究撰写了一篇论文。“能够利用这些膜翼，并能够以我们怀疑蝙蝠会用到的方式控制这些肌肉的特性，这对于仿生系统来说是一个绝佳的机会。”

该论文发表在《生物灵感与仿生学》杂志上。

（图片来源：David Orenstein 和布朗生命科学公司）