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第17章 如果切掉了“平衡棒”——昆虫与新型陀螺仪

小问号

在弱肉强食、各显神通的大千世界,弱小的昆虫可谓微不足道。可是,生活在地球上的100多万种昆虫,在长期的生存竞争中,不断进化、优化,炼就形形色色的“拿手绝技”:有的昆虫可以用改变飞行的姿态或位置来调节体温,有的昆虫用与周边环境相似的拟态来躲避天敌的追杀……其中,双翅目昆虫的楫翅(平衡棒),成为许多昆虫的天然导航仪,也为人类研制新型陀螺仪带来了重要启示!

日常生活中,我们往往把没有目的地东碰西撞的行动说成“像无头苍蝇一样”。其实,如果把任何双翅目昆虫的楫翅(平衡棒)切掉,它们的飞行就会像没有头的苍蝇一样,东倒西歪,失去了方向感。楫翅是昆虫后翅的一个微小器官,形状像哑铃,是调节昆虫翅膀向后返回运动,并保持虫体的紧张性,使昆虫能一举飞离开去,而最重要的功能是能够使昆虫在飞行中保持航向不偏离既定的目标。因此,生物学家称它是昆虫的“天然导航仪”。

生物学研究发现,双翅目昆虫在飞行时,它们的楫翅以每秒330次的频率振动着。当虫体倾斜、俯仰或偏离航向时,楫翅振动平面即刻发生变化,这个变化被其基部的感受器所感受,并把偏离的信号发送到昆虫的脑子里。昆虫的大脑收集这些信号后立即发出相关指令给有关的肌肉组织,就会把偏离的航向纠正过来(蛾子、蝴蝶、甲虫等没有楫翅,但是它们触角能在水平面上振动,发挥着楫翅一样的功能)。以苍蝇为例,它有高超的飞行技巧。譬如说,大鸟起飞要助跑,小鸟和大多数的昆虫起飞要弹跳,而苍蝇却什么都不需要。它能做各种巧妙的飞行,如:向上飞升,垂直下降,定悬空中,突然侧飞和回头飞行等。总之,它随时可以向任何方向飞行。那么,苍蝇是靠什么来迅速起飞和保持平衡的呢?依靠的就是苍蝇的楫翅,能保证苍蝇在飞行时迅速转动,随时保持平衡。

我们知道,陀螺在转动时,它的轴总是朝着一个方向不变的。利用这个原理制造的陀螺仪是飞机、轮船、火箭惯性导航系统的重要感受器。可是,这种陀螺仪都有高速旋转的转子,不易小型化,要制造高精密度的、小型化陀螺仪,需要寻找新的途径。科学家正是根据双翅目昆虫的楫翅的导航原理,研制成功了一种音叉式振动的陀螺仪,成为新型的导航仪器安装在高速飞行的火箭和飞机上。它的体积很小,主要部件像只音叉,是通过一个中柱固定在基座上的。装在音叉两臂四周的电磁铁,使音叉产生固定振幅和频率的振动,就好像苍蝇楫翅的振动那样。有了这种仪器,飞机和火箭就能够自动纠正偏转的航向,有力地保证火箭和飞机飞行的稳定性。装有这种仪器的飞机,能自动停止危险的“翻滚”飞行,即使机身在强烈倾斜时,也能够自动平衡,使飞机的稳定度非常完善,以至在复杂的急转弯时,飞机也能万无一失。

“小档案”

导航有两种意思,一是在水面或陆上设置航标、灯塔等导航设备,引导船只沿着安全、便捷的航线航行,二是利用地面导航设备,保障飞机准确航行。地面导航设备有无线电设备(定向定位设备、着陆设备)和目视导航设备(各种发光、发烟、布板信号等)两种。