360度無死角的閃電伏擊!它可能是你在野外最不想遭遇的對手
警告:內有蜘蛛高能圖片,非戰鬥人員迅速撤離
伏擊是自然界許多捕食者擅長的技能。許多伏擊的捕食者利用快速的襲擊捕捉或擊打獵物,比如蛇和螳螂蝦。只有快於獵物的逃逸反應速度,這些伏擊才能成功。並且,大部分已知的襲擊方式是向前方快速襲擊,所以攻擊範圍局限於捕食者的前方。
螳螂在捕獵時,大多是向前方快速襲擊
如果捕食者能夠把襲擊的直線運動和轉體運動結合起來,就能襲擊來自各個方向的獵物。剛剛發表在《實驗生物學報》(Journal of Experimental Biology)上的一篇論文,就描述了一種新的襲擊方式——全方向襲擊。
高速攝影機鏡頭裡,擬扁蛛360度無死角的全方位閃電伏擊。視頻來源:參考文獻
這篇論文的主角擬扁蛛能夠襲擊360度範圍內來自任何方向的、5個身長距離以內的獵物。同時,擬扁蛛的轉體速度最快能達到3000度/秒,是目前記錄到轉身動作最快的有腿動物。
擬扁蛛與普通蜘蛛的對比,圖片來源:曾昱
擬扁蛛的特殊能力得益於它們有著特殊關節構造的長腿。每條腿有兩個身長,並且股-膝關節的旋轉軸幾乎垂直於地面。這樣,腳尖跗節在貼近地面時運動範圍就非常大。
擬扁蛛不僅腿長,還能看到後方的獵物。圖片來源:曾昱
當蜘蛛感受到獵物時,靠近獵物的腿就錨定在地面上並屈折把身體拉向獵物, 另一側腿作出伸展動作並蹬地。這些運動產生指向獵物的地面反應力(ground-reaction force)以及把身體前方轉向獵物的扭矩。
擬扁蛛的狩獵步法。圖片來源:曾昱
八條腿指向不同的方向,彷彿組成了一個能夠即時啟動的機械系統,並且效率非常高。擬扁蛛的一次襲擊往往由靠近獵物的1-2條腿和身體另一側的0-3條腿完成。與此同時,其他的腿在加速過程中快速往身體中心收縮,協助提高轉動的速度。花樣滑冰運動員在冰上旋轉時,向內收攏手和腿來提速,也是一樣的原理。
這項特殊能力讓擬扁蛛能夠以極高的成功率襲擊來自各方向的獵物。它們最快的轉體速度3000度/秒,相當於在一眨眼的時間內(0.3秒)轉3圈。更令人驚奇的是,無論獵物的直線距離和方位,所有襲擊在0.12秒內完成。所以,蜘蛛們用更快的線速度和角速度襲擊更遠的和更靠後的獵物。
擬扁蛛的捕食運動模型,對仿生機器人的設計提供新的靈感。重建後的攻擊動作,俯視視角。
除了描述一個新的捕獵行為和極端的機動性,該研究也展示了節肢動物的多關節腿腳構造對快速運動的適應。生物多樣是工程應用方面的重要資源。該研究對未來仿生機器人的設計有許多啟發。當前的有腿機器人還不能完成類似的運動,而將來的工程師也許能夠以此為靈感,開發出能在狹小的空間內完成快速的轉體的有腿機器人。(編輯:明天)
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果殼網
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