鳥類著陸的物理原理

 (https://royalsocietypublishing.org/rspa/article/482/2348/20260103/483809/Flight-dynamics-and-optimal-control-of-unpowered)

 鳥類可以降落在各種複雜、柔性且移動的表面上，有些鳥類甚至可以不拍動翅膀就著陸。著陸需要將作用於翅膀的空氣動力學力（與速度相關）轉換為作用於腿部的地面反作用力。鳥類的動量必須減少並重新定向，同時保持對身體姿態的控制，才能使腿部接觸著陸基質。對於固定翼鳥而言，在空中減速會降低空氣力學控制能力，但原本較高的著陸速度又需要較大的地面反作用力才能充分減速。成功應對這些要求對於鳥類在空中和地面運動之間轉換至關重要，使它們能夠利用廣泛的生態位，並促進其演化成功。儘管著陸如此重要，但鮮有研究探討控制飛行著陸的飛行動力學。透過對動力學的研究，這篇論文提出了分析最佳控制策略，該策略能夠最大限度地降低著陸速度，並證明在無動力飛行中實現零著陸速度在物理上是可能的。然而，這需要付出較大的接近速度和位移，而這在鳥類中並不常見，這表明可能存在其他因素影響它們的飛行行為。當飛行被限制在地面著陸時，無動力著陸無法再以零速度著陸，因此需要增加前肢或後肢的骨骼肌質量來耗散剩餘的動能。這種需求是一種物理限制，可能影響了鳥類的演化。將數學模型與棲息鳥類的實驗數據進行比較，為鳥類會盡量降低著陸速度和失速後停留時間的觀點提供了新的證據。總的來說，研究結果為理解著陸行為提供了力學基礎，並強調了可能影響鳥類演化的重要物理限制。