图片来源：pixabay
对于昆虫来说，体型越大通常越有利于飞行。因为翅越小，与空气的摩擦越大，空气摩擦力也越有可能超过由振翅提供的飞行动力。这也是蜻蜓能够高飞而家蝇只能向下俯冲的原因。但有一种比沙粒还要小的甲虫却推翻了这种规律。
这是一种羽翼甲虫（featherwing beetle），身长不足半毫米，体型比一些单细胞的变形虫还要小，属于缨甲科（Ptiliidae）。对于这种微型昆虫，空气理应变得像糖浆一样黏稠，科学家也曾经认为它们只是随风飘荡。但一项发表于《自然》（Nature）的研究提出了不一样的观点，并展现出这些微型甲虫是如何用轻盈的后翅追上体型是它们3倍的物种的。
正如羽翼甲虫的名字，这种甲虫拥有像羽毛一样的后翅——狭长且有缨状长毛，因而被称作缨翅。不过，昆虫中常见的翅是膜翅。即使是在寄生蜂等昆虫的体型缩小后，它们也演化出了典型的膜翅。但事实上，相比于同等大小的膜翅，缨翅更轻盈，与空气之间的摩擦更小，也更有助于产生推动昆虫飞行的升力。这项研究还发现，羽翼甲虫非凡的飞行能力依靠的是一种前所未见的策略。
2017年，研究团队在越南丛林的真菌中采集到了这种羽翼甲虫。为了记录这种甲虫在微观尺度下的飞行模式，研究人员将它们置于一个透明腔内，并使用两台高速摄像机以每秒4000帧的速度拍摄。根据记录的图像，他们构建出包括缨翅在内的甲虫身体部位的3D模型，并借此计算了这种甲虫在飞行时的空气动力学过程。
图片来源：pixabay
研究团队发现，羽翼甲虫并不是上下振翅，而是呈8字型振翅。俄罗斯斯科尔科沃科学技术研究院的物理学家德米特里·科洛缅斯基（Dmitry Kolomenskiy，这项研究的共同作者）主要研究流体力学，他评价这种振翅的方式“非同寻常”。这种甲虫的一对缨翅会先从保护它们的鞘翅（硬化的前翅，覆盖在后翅上）中展开，然后同时拍打身体的前侧和后侧。值得一提的是，这对缨翅的动作互为镜像。科洛缅斯基说，这让人联想到难度极高的泳姿——蝶泳。
羽翼甲虫的飞行模式与游泳的相似之处引起了阿尔温德·桑塔纳克里希南（Arvind Santhanakrishnan，未参与这项研究）的兴趣。桑塔纳克里希南是美国俄克拉何马州立大学的机械工程师，主要研究有关微型昆虫的空气动力学。“这种类型的运动方式常见于小型甲壳水生生物，比如水蚤，”桑塔纳克里希南说，“因此，这种微型甲虫也用类似的方式制造升力令人相当惊讶。”
图片来源：pixabay
科洛缅斯基和同事表示，这项研究或许能启发工程师设计微型飞行结构。不过，科洛缅斯基也指出，要想让无人机接近这种微型甲虫的尺寸可能需要重大的工程学突破。他说：“可能做不到像它们这么小，但这也值得探索。”未来，科洛缅斯基和同事希望能阐明其他微型昆虫的飞行模式。
撰文：杰克· 塔米西亚 (Jack Tamisiea)
翻译：董子晨曦
审校：王昱
引进来源：科学美国人
本文来自：中国数字科技馆
