土匪苍蝇是一种空气动力学杂技演员，可以在飞行途中捕捉猎物

飞涨 / 微型掠夺性小偷飞全头筋膜) 以捕获的罗夫甲虫为食。 一项新的研究表明，苍蝇从下方接近猎物，瞄准未来与目标的交汇点。

塞缪尔·法比安

强盗苍蝇是空气动力学特技飞行，能够在飞行途中识别猎物、躲避障碍物以及高速捕捉小昆虫。 科学家们仔细研究了强盗苍蝇是如何实现这一惊人壮举的，尽管它们的大脑相当于一粒沙子。 根据 新文章 发表在《实验生物学杂志》上的苍蝇结合了两种不同的基于反馈的运动策略：一种是在场景清晰时拦截猎物，另一种是允许苍蝇绕过飞行路径中的任何障碍物。

机器人技术面临的一个挑战是如何设计能够在拥挤的环境中导航的机器人——人类和其他动物每天都能本能地做到这一点。 据作者介绍，许多机器人系统依赖于某种路径规划：使用声音（声纳）或激光发送信号，然后检测反射。 然后可以使用这些数据来创建海洋的距离图。

但与使用简单的视觉提示（例如“交互式方法”）相比，路线规划是一种耗能高的方法。 人类和其他动物不需要详细的地图或关于目标位置、速度和其他细节的特定知识。 我们只是实时对环境中的任何相关刺激做出反应。 因此，基于生物系统的导航行为算法的创建对机器人技术具有极大的兴趣。

以前的研究集中在不同物种（包括果蝇和鸽子以及人类）处理拥挤环境的能力上。 “然而，在这些情况下，避障是唯一的目标，”作者写道。 “当特定位置作为目标时，绕过障碍物会更加困难，因为避障必须通过导航目标来平衡。”

这就是为什么伦敦帝国理工学院的生物工程师塞缪尔·法比安和明尼苏达大学的三位合作者决定使用掠夺性强盗苍蝇进行自己的实验（黑头鳖) 作为测试对象。 选择强盗苍蝇是因为它们具有高度可预测的拦截轨迹来捕捉猎物。 作者还写道，它的小尺寸和相对快速的行为（大多数飞行时间不到一秒）“需要以最少的计算工作进行快速反应”。

费边 等。 他将小偷在狩猎中的行为比作鹰、鹰和现代制导导弹的行为。 苍蝇通常会坐在能让他们清楚地看到天空的地方抓住小偷。 一旦强盗苍蝇检测到潜在的猎物并开始追逐它，苍蝇必须导航以捕获猎物并避开沿途的任何障碍物，例如杂散的树枝。

向小偷苍蝇展示了一个移动目标，该目标是一个银色的小反光珠，沿着一条带有卷轴和步进电机的清晰钓鱼线拉动。 “苍蝇真的不知道它们不是真正的猎物，即使它们离得很近。” 法比安 说. “如果某些东西足够小，他们似乎会认为它是一般的食物。”

该框架还包括一个挂钩：涂有黑色丙烯酸涂料的醋酸纤维胶带，薄（2.5 厘米）或厚（5 厘米）版本，位于目标轨道的正下方。 “磁带的精确定位和苍蝇的初始轨迹决定了物体是否已成为飞行路径中的障碍物，以及它是否遮挡了目标，”作者写道。

研究人员记录了野外条件下的所有飞行，以获得最自然的行为。 接下来，他们以数字方式重建了 26 个小偷苍蝇在有障碍物存在的情况下追逐移动的珠子的飞行。 操纵头顶设备往往会激发苍蝇，因此这 26 个飞行代表了在设备被放置而不是飞走时留在栖息地的苍蝇。

结果：在没有障碍物的情况下，小偷苍蝇在接近珠子的整个过程中保持相同的视线，以诱捕和捕获它的猎物。 当一条细或粗的黑条在短时间内（<0.1 秒）部分遮挡视线时，苍蝇会进行规避机动以绕过障碍物，然后返回其轨迹进行拦截。 有时，即使黑条没有遮挡其视线，苍蝇也会偏转以响应黑条。 当研究人员阻挡苍蝇的视线超过 0.1 秒时，苍蝇就会完全放弃拦截。

费边 和别的. 他得出的结论是，强盗果蝇正在使用简单的避障策略与标准拦截策略相结合，他们称之为协同路由。 “障碍物在他们的视野中增长得越快，他们就会越远，” 法比安 说. 一旦上述障碍物开始从视野中消失，苍蝇就会返回拦截路径。 “即使他们专注于目标，他们也会注意周围的环境。”

作者写道，这“表明避障可以是简单反馈定律的产物，不需要绝对了解距离、体积或速度”，这与之前的工作一致，表明简单的反馈定律也可以解释苍蝇的拦截策略. 这当然是基于有限的现场试验，团队希望在未来进行更多的试验。

DOI：实验生物学杂志，2022 年。 10.1242 / JP 243568 (关于 DOI）。