蒙大拿州密苏拉：蜂鸟在花园里飞来飞去，从一朵花飞到另一朵花，啜饮着花蜜，乍一看可能并不像是战争工具的模型。
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但这些微小的鸣叫鸟是无与伦比的空中杂技演员，它们的力量在微缩中，瞬间向前和向后拉，快速俯冲和翱翔，俯仰，翻滚和偏航，甚至颠倒飞行。它们复杂的飞行能力引起了机器人设计师的注意，尤其是那些研究无人机在现代战争中的应用的人。
蒙大拿大学飞行实验室主任、生物学教授Bret Tobalske说：“蜂鸟是最好的飞行者。”“它们的生理机能和飞行表现都非常出色。它们的机动性令人难以置信。它们能够无限期地盘旋”——这种适应是由对花蜜的热爱所驱动的。
随着无人驾驶飞行器在冲突中占据了天空，蜂鸟成为了新的研究对象。飞行实验室习惯于研究鸟类飞行的生态学、进化和生物力学，是一项主要由美国国防资金资助的努力的一部分，目的是制造更好的蜂鸟机器人。模仿这些鸟——一种被称为生物启发技术的现象——是飞行机器人制造商的圣杯。
托巴尔斯克说：“一只真正的蜂鸟可以绕着机器蜂鸟飞一圈。“它们还能绕着真正的鸟飞。”
蜂鸟机器人已经被制造出来——最著名的是由私人公司AeroVironment在国防高级研究计划局的资助下制造的纳米蜂鸟——但它们有无数的局限性。荷兰格罗宁根大学（Groningen University）的仿生学教授大卫·莱廷克（David Letink）博士几十年来一直在研究和制造飞行机器人，他说：“这些机器人都不能快速前进。”“这只能由更大的机器人来完成。”
长期以来，飞机设计一直受到鸟类飞行的影响。许多飞行实验室研究了几种生物——鹰蛾、蜻蜓、蝙蝠和蜂鸟——来研究它们飞行技能的秘密。大部分工作由国防机构资助，目的是利用这些知识设计更好的飞机。
蒙大拿州飞行实验室的工作是由国防部下属的海军研究办公室资助的，合同金额略高于66万美元（294万令吉），其中200万美元（892万令吉）的一部分在七年内分配给鸟类研究。国防部官员没有回应置评请求。
一个以蜂鸟为原型的机器人可能不太可能携带武器，但它可以被部署在部队前面的街道上侦察，监视部队的动向，或者被派往人类无法到达的地方搜索受伤的士兵，比如在倒塌的建筑物或隧道里。
有趣的是，昆虫的飞行方式与鸟类和蝙蝠截然不同，鸟类和蝙蝠的翅膀是由手臂进化而来的。它们的翅膀上没有肌肉和神经；取而代之的是一个复杂的滑轮系统，由内部肌肉在铰链上工作，以类似于木偶上的绳子的方式控制翅膀。
加州理工学院（California Institute of Technology）生物工程和航空学教授迈克尔·迪金森（Michael Dickinson）最近发表了一篇有关该主题的论文，他说：“苍蝇翅膀的铰链可能是生命史上最神秘、最未被充分认识的结构。”
因为传粉者对植物生长至关重要，迪金森说，“如果昆虫没有进化出这个非常不可能的关节来扇动翅膀，世界将是一个非常不同的地方，没有开花植物和熟悉的生物，如鸟类、蝙蝠——可能还有人类。”
蜂鸟有自己不可思议的特性。托巴尔斯克说，蜂鸟虽然体型很小，但却有着“极其丰富和复杂”的灵活的空中行为。
许多蜂鸟的翅膀每秒钟扇动50次，是所有鸟类中扇动次数最多的；相比之下，鸽子的翅膀每秒钟扇动9次。蜂鸟的心脏只有豌豆大小，活动时每分钟跳动1200次。人类的心脏每分钟跳动60到100次。
这种鸟也很强壮。托巴尔斯克说：“蜂鸟的能量输出比其他任何脊椎动物都要多。”
这里的研究人员主要关注calliope蜂鸟，它的重量还不到两个回形针。然而，每年秋天，这种鸟都要冒着风、雨和雪从太平洋西北部迁徙到墨西哥南部。
蜂鸟的生态学有很多是一个谜，很大程度上是因为这种鸟太小了，不适合追踪设备。但托巴尔斯克说，它们是非常短暂的。“他们花三个月时间向南旅行，再花三个月时间向北旅行。”
研究人员还研究了红颊蜂鸟和黑下巴蜂鸟。
世界上有近370种蜂鸟，仅在北美和南美发现。当西班牙探险者第一次到南美洲旅行时，他们被那些颜色鲜艳、色彩斑斓、盘旋在空中的鸟所吸引，他们称之为“飞行的宝石”。
尽管已经投入了时间和资金，试图完全掌握悍马飞行的复杂动力学，但彻底的理解仍然难以捉摸。
十年前，研究人员带着一个移动实验室进入秘鲁亚马逊、哥斯达黎加和厄瓜多尔安第斯山脉。他们研究了200只蜂鸟，并在它们的自然栖息地追踪了33万次活动。
格林湾威斯康辛大学的助理教授保罗·塞格雷和卡尔顿大学的副教授罗斯林·达金将这些动作分为三类：向上和向下俯伏；加速和制动；还有复杂的急转弯。
他们的一项发现与人们的直觉相反，即体型较大的蜂鸟比体型较小的蜂鸟更容易操纵，因为它们的肌肉质量更大，翅膀与身体的比例也更大。
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这种鸟灵巧的一个因素是它从翅膀的推力中获取惯性，为其敏捷的动作提供动力。
托巴尔斯克和他的博士生罗莎莉·埃尔廷（Rosalee Elting）花了数年时间研究蜂鸟的逃跑动作——它是如何迅速逃离捕食者的。（他还展示了一只逃跑失败的蜂鸟的照片——一只等待喂食器的螳螂捕获并吞噬了这只鸟。）
为了研究逃跑行为，托巴尔斯克和埃尔廷走近一只被透明有机玻璃包围的鸟，吓唬它。当它逃离时，他们用五角大楼开发的相机拍摄了高速视频，以拍摄和研究军械爆炸。这使得研究人员可以放慢视频的速度，分析飞行的最小组成部分。
这些鸟向上倾斜，然后转身离开喂食器，然后向下倾斜，飞走了。“它发生在120毫秒内，非常短，”Elting说。
她最近开始了一个单独的项目，研究雄性蜂鸟在抵御入侵者接近其领地内的花朵和喂食者时，在战斗中发生的动作。
这些鸟很有攻击性。鸟类盘旋时有四种不同的战斗动作：追逐和发信号（比如向入侵者冲锋）；面面相觑；螺旋飞行;和参加比赛。
研究鸟类如何飞行的一个方面包括测量翅膀周围的气流速度、压力和粘度，这些气流支撑着鸟类的飞行。解释这一现象的方程式非常复杂，以至于一台超级计算机需要数周时间才能设计出一个空气动力模型。
鸟类的身体，尤其是翅膀和尾巴，在飞行过程中会反复变形，经历无数的变化。
这种复杂性是很难复制的。对于机器人设计师来说，“最大的挑战是像鸟一样改变翅膀和尾巴的形状，”勒廷克说。
“工程师们还没有真正破解这个问题，”他说。“让翅膀的形状发生变化，就像你在鸟身上看到的那样，不仅是横扫运动，还有扭转运动和折叠，对工程师来说，做到这一切都是非常困难的。”
另一个困难是重建提供感官输入的丝状羽毛——微小的棕榈树状羽毛，监测风速、温度和羽毛状况，然后将这些信息发送到鸟类的大脑。
虽然许多研究都研究了翅膀的运动，但驱动这些能力的大脑在很大程度上仍然是一个黑匣子。最近的一项研究发现，蜂鸟的神经元比其他物种对刺激更敏感，这有助于它们更快地处理物体，使它们能够灵活地飞行。
对于机器人制造商来说，还有其他主要的技术障碍需要克服——电池寿命短和机器人发出的声音，这将是蜂鸟是机器人的一个致命的泄露。机器人很难对感官信息做出反应——就像蜂鸟对花朵的气味或螳螂的景象做出反应一样。
复制蜂鸟飞行的另一个主要障碍在于这种鸟对风的独特适应，或对阵风的耐受。
“我们喜欢在风平浪静的日子里放飞无人机，因为它们不喜欢刮风，”莫布尔·本尼迪克特（Moble Benedict）说。他在德克萨斯农工大学（Texas A&M University）制造机器人，这种机器人是基于托巴尔斯克实验室的研究。“鸟类的情况正好相反。在刮风的日子里，你能看到更多的天空。它们不是在与风对抗，而是在随风飞翔。”
这一点尤其重要，因为随着气候变暖，湍流正在增加。
在飞行实验室的一项扰动研究中，博士生雷米·德尔普朗什（Remy Delplanche）把一只背有欧亚颈圈的鸽子放在两个磁铁之间的风洞里，鸽子背上有一个微小的稀土磁铁。当鸟飞行时，磁铁被激活，使鸟偏离航线。
研究人员拍摄了这一实验，以分析这只鸟在几秒钟内恢复的速度和反射性。在某种程度上，设计一种可以继续在风中飞行的机器人是可能的，但现在还不行。
昆虫也为机器人提供了模型，尤其是鹰蛾、大黄蜂和蜻蜓。小型机器人最有可能被用作间谍——例如，一只鹰蛾可以降落在餐馆露台的花朵上，监视正在吃饭的敌人。
2002年的电影《少数派报告》（Minority Report）改编自菲利普·k·迪克（Philip K. Dick）的一个故事，讲述了一群热追踪机器人蜘蛛试图找到汤姆·克鲁斯（Tom Cruise）饰演的藏在冰水浴缸里的角色。
专家表示，开发一种能像真车一样飞行的悍马机器人是可能的，但仍需数年时间。
“我认为，最终是的，”托巴尔斯克说。他估计，完成这一壮举需要投入大量的时间和资金，甚至可能需要10年或20年的时间。
他开玩笑说，“想想养一只蜂鸟，用一个小背包训练它，可能会容易得多。”-?2024纽约时报公司
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