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虎甲虫的追逐亮点机械法则

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如果一只昆虫在追赶下一顿饭的时候画了一条线,那么由此产生的图案就会混乱不堪。但是有一种方法可以解决这个问题,机械工程和物理学教授简王(Jane Wang)说,他试图为复杂的硬连线动物行为寻找简单的物理解释。

事实证明,以它的速度和敏捷性而闻名的虎甲虫,以致盲的速度追逐它的猎物,进行最佳的重新定向舞蹈。

追踪老虎甲虫追踪猎物轨迹的视觉表现。通过观察甲虫的追逐,科学家们已经推出了一个物理定律,以优化其捕食策略。信用:Jane Wang

4月9日在英国皇家学会界面杂志上发表的论文中,Wang和他的同事使用高速摄像机和统计分析来揭示一种比例控制规律,其中猎物的角位置相对于甲虫体轴,驱使甲虫的角速度延迟28毫秒。这是关于甲虫的一半。

这些观察结果导致王建议对这种行为进行物理解释:为了转向它的猎物,甲虫平均施加一个与猎物的角位置成比例的横向力,测量前一个半步。 “这个想法是找到动物用来拦截猎物的法律,”王说。 “我们也是这样做(拦截) - 试图抓住一个棒球,或追逐一个人。但是由于昆虫的神经元数量较少,他们的行为更有可能硬连线,这使我们有可能找到并理解他们所遵循的规则。“

为什么老虎甲虫?她说,这是一个很好的模型系统,她是在几年前由研究节肢动物行为神经机制的昆虫学教授科尔·吉尔伯特(Cole Gilbert)参加了一次演讲后学到的。这篇论文的第一作者Andreas Haselsteiner是一个来自王的实验室的访问学生,他设计了这个实验。

对于这个实验,一只“黑色小珠子”的“假猎物”悬在甲虫的前面,把小珠误认为是一顿饭。它的追逐模式是用高速摄像机录制的。

从他们的分析中,我们看到了动物运动的宏观描述,揭示了一个内在的时间尺度,控制着甲虫的传感到致动系统,在控制算法中有一个接近最佳的增益值。从进化的角度来看,感知和移动是密切相关的,Wang继续说道。成千上万的视觉功能的神经元中的一些直接连接到运动的机器上,这与动物的本能生存直接相关 - 也就是吃东西。因此,研究动物如何移动可以提供他们如何感知自己的环境,反之亦然,她说。

王维在弗吉尼亚州Janelia农场研究园区的休假期间,霍华德休斯医学研究所的一部分,探索这些想法,研究蜻蜓飞行。

来源:康奈尔大学

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