昆虫构成了Metazoa物种最富含物种的辐射,这是由于主动飞行的演变而成功。与翼龙,鸟类和蝙蝠不同,昆虫的翅膀不是从腿1演变而来的,而是通过生物力学复杂的铰链连接到体内的新型结构,可将特殊动力肌肉的微小,高频振荡转化为旋转式背后运动2。该铰链由一个称为硬化的细小结构的系统组成,这些系统通过柔性关节相互连接,并受专门对照肌肉的活性进行调节。在这里,我们使用遗传编码的钙指示剂对这些肌肉的活性进行了成像,同时用高速相机跟踪机翼的3D运动。使用机器学习方法,我们创建了一个卷积神经网络3,该网络3可以准确地从转向肌肉的活动中预测机翼运动,以及一个预测单个硬化物在机翼运动中的作用的编码器4。通过在动态缩放机器人苍蝇上重播机翼运动模式,我们量化了转向肌肉活动对空气动力的影响。一种基于物理的模拟,结合了我们的铰链模型,生成了与自由飞行苍蝇非常相似的飞行操作。这种综合性的多学科方法揭示了昆虫翼铰链的机械控制逻辑,可以说是自然界中最复杂和最重要的骨骼结构之一。
主要关键词