帝王蝶的标志性色彩图案或能启发更好的无人机设计

北美东部的帝王蝶是动物迁徙距离最长的蝴蝶之一。这些斑点传粉者经常被比作马拉松选手，它们穿越整个大陆，从北至加拿大的交配地飞到南至墨西哥的越冬栖息地，飞行时间超过两个月，行程数千英里。

科学家们一直对这种重量比回形针还轻的昆虫如何能够飞行如此长的距离很感兴趣。迄今为止的研究表明，它们新陈代谢的变化、对富含脂质的花蜜的旺盛胃口以及翅膀的形状都发挥了作用。

但今天发表在《PLOS One》杂志上的一项新研究发现，帝王蝶翅膀上的颜色也可能影响其耐力飞行的能力。仿生学越来越流行，研究人员试图在工程项目中复制自然世界，作者希望研究帝王蝶翅膀的颜色将有助于他们提高无人机的效率。

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关于颜色如何影响帝王蝶飞行的问题始于新墨西哥理工学院机械工程学教授穆斯塔法·哈萨纳利安发表的一篇论文，该论文介绍了信天翁（一种在海洋中漫游的鸟类）翅膀上的颜色如何帮助它飞得更远。信天翁翅膀顶部的黑色吸收更多的太阳能，形成一个暖空气袋；底部的白色吸收较少。相反的颜色结合起来，产生更大的升力和更小的阻力，帮助信天翁更有效地翱翔。哈萨纳利安说，翅膀两侧的温差可能高达 10 到 25 摄氏度，具体取决于它们接受的阳光量。

佐治亚大学研究帝王蝶的科学家安迪·戴维斯看到了哈萨纳利安的论文，并想知道同样的情况是否也适用于北美蝴蝶。两人很快就取得了联系，并与其他三名专家一起开始研究帝王蝶翅膀上的橙色、黑色和白色图案是否决定了它能飞多远。首先，他们测量了保存下来的马利筋蝴蝶的 400 对翅膀上颜色的比例，包括生命周期不同阶段的东部帝王蝶。然后他们对每个样本的右翼进行图像分析，以确定斑点的大小。

研究小组发现，迁徙到墨西哥后幸存下来的蝴蝶翅膀上的黑色素减少了 3%，而白色素增加了 3%，这与信天翁形成了惊人的对比。他们还发现，东部帝王蝶的白斑明显大于其他未完成长途旅行的马利筋蝶。此前的研究还发现，东部帝王蝶翅膀上的橙色色调更深，它们的迁徙距离比西部和佛罗里达州的种群更远。

作者仍然不知道为什么迁徙的帝王蝶有更大的白斑，但他们猜测交替的颜色图案赋予了它们空气动力学优势。“帝王蝶翅膀的后缘全是黑色的，然后是白色的斑点，”哈萨纳利安解释说。“白色代表冷空气；黑色代表热空气。如此冷和热，它会改变后缘的流动模式。这将使它们节省更多能量，提高动态效率，并使飞行更容易。”

不列颠哥伦比亚大学研究帝王蝶迁徙的博士后研究员 Micah Freedman 表示，还没有人直接研究过帝王蝶翅膀上的白色斑块如何影响它们的飞行。不过，斑块的尺寸相对较小。“对于外行人来说，这看起来可能没什么大区别，”他说。“但当你使用图像处理软件时，它就会发现差异。”

哈萨纳利安、戴维斯和他们的团队正在计划更多项目来验证这一假设。他们未来的实验可能包括制造不同颜色的人造帝王蝶翅膀，并将它们放入风洞中。他们还可能将模型暴露在烟雾和激光下，并使用高速摄像机来观察周围的流动模式。“这些想法非常新颖，”戴维斯说。“我研究帝王蝶已经有 25 年左右了。没人知道这些斑点是干什么用的。我们从来都不知道。”

如果白色标记与飞行性能之间的联系被证明是真的，他们计划将其应用于无人机技术。哈萨纳利安说，如果小小的色彩效果“可以提高 10% 的效率，那就很多了。另一方面，你的无人机将能够携带更多东西，因为这种颜色可以帮助它们获得额外的升力。”这种增强功能也可能使其他飞机受益，但他指出了一个警告：飞机的飞行速度比蝴蝶快得多，因此颜色对它们可能不那么重要。不过，他的一名研究生目前正在研究将飞机机翼尖端涂成黑色是否可以减少燃料消耗。

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“这是最好的生物灵感，”大卫补充道，“因为我们从进化了数千万年的蝴蝶身上学习如何更好地飞行。”