起伏的身体使飞蛇不会失控地翻滚。

飞蛇可以滑行78英尺(24米)而不会失控，因为它们在飞行中身体起伏，就像在空中游泳一样。根据“自然物理”杂志上的一篇新论文，这似乎是一种专门的策略来稳定它们的飞行，而不是一般蛇行为的进化残留物。这项工作最终可能导致一种新的、改进的动态飞行机器人控制模板。

弗吉尼亚理工大学的合著者杰克·索查已经研究这些迷人的生物大约20年了。这些蛇-有五个已知物种，包括金鱼(Chrysopelea Pelias)和金鱼(Chrysopelea Paradisi)-独特的滑行能力是19世纪末一位英国科学家首次注意到的，他有一天在东南亚的茶园里观察到了一条蛇。但在索查2002年发表一篇论文概述他在基本空气动力学方面的初步发现之前，科学家们几乎没有注意到确定正在发挥作用的精确物理和生物力学。

索查发现，蛇会将脊鳞推到树干上，利用粗糙的表面向上移动到树枝上。然后，它把身体悬在树枝的末端，像弹簧一样急剧收缩，飞向空中。蛇悬挂时的初始倾角决定了飞行路线。为了确保最大的滑行距离，蛇会吸腹并展平身体，像飞盘一样向内弯曲以产生升力，身体以S形运动起伏，这有助于增加下面的气压。

三年后，Socha报告了涉及的关键变量：滑行角度和水平速度，以及蛇的身体质量、身体长度，以及它在滑行时身体波动的幅度和频率。具体地说，他确定大小(身体质量和长度)确实很重要--蛇越小，它水平滑行的距离就越远。虽然波动频率在预测飞行行为方面并不是特别重要，但波动的幅度在稳定蛇的中段滑行方面确实起到了关键作用。

到了2010年，索查的实验室让测试蛇从连接在实验室一座高塔上的人造树枝上跳下来，用四个摄像头捕捉到它们滑行到地面的动作。这使他能够创建飞行中身体位置的3D模型，并分析作用在身体上的力和基本的滑翔动力学。他发现这些蛇可以从发射分支滑行24米(约78英尺)。

下一步是拍摄一条处于扁平滑翔模式的飞蛇的3D打印模型，并通过将模型淹没在流动的水箱中来研究流体流动的模式。他还与乔治华盛顿大学(George Washington University)航空工程师洛雷娜·巴尔巴(Lorena Barba)等人合作，对3D模型的气流模式进行了计算机模拟。他们发现，吸力似乎起到了重要作用：当蛇将身体压平时，它会使自己的空气动力更强。空气漩涡形成在它的上方，将它向上吸入，就像龙卷风眼中的低压区域--这种效果特别适合蛇的攻角(通常在20到40度之间)。

这就把我们带到了Socha最新的飞蛇研究中，它使用运动捕捉来更仔细地观察空中波动的精确运动学及其对滑翔性能的影响。他和他的合著者特别感兴趣的是确定波动行为是动物的一种特定的飞行控制策略，还是仅仅是蛇运动的行为残余，因为正如作者所指出的，所有的蛇都能够横向波动，这是一种进化的古代运动模式，由向下传播的肌肉收缩波沿着身体传播。

在这些实验中，Socha等人。使用活的飞蛇(在这种情况下，大黄蛇)，放置红外线反射标记沿着身体的背部表面。当蛇在弗吉尼亚理工大学苔藓艺术中心的一个大型室内竞技场滑行时，他们记录了这些标志物的位置。试验是在一个四层楼高的黑匣子剧场里进行的，名为魔方，为蛇的安全性进行了改装。

索查的团队沿着侧面和后墙挂上黑色塑料布，并在走道栏杆上拉上窗帘。他们还用柔软的泡沫垫覆盖了地板，这样蛇在着陆时就不会受伤。他们在滑翔竞技场的中心放置了一棵覆盖着假叶子和藤蔓的人造树，一棵真正橡树的树枝作为合适的发射树枝。然后，他们只需让蛇在9天内跳跃并滑向它们心中的内容，使用23个摄像头的动作捕捉系统来记录红外线标记。

基于这些数据，研究小组开发了一个解剖学上精确的蛇飞行的3D数学模型，并对滑翔进行了模拟，包括了惯性和空气动力效应，包括了起伏和不起伏两种情况。他们发现，虽然没有起伏的模拟滑翔可以达到一定的距离，但由于俯仰和滚动的不稳定效应，这种滑翔最终失败了。相比之下，包含波动的模拟滑翔稳定了旋转运动，从而实现了更长的滑行。这项研究表明，蛇的空中波动与其他动物已知的波动的用途不同，作者总结道。

当然，也有一些警告。伦敦大学(University Of London)的吉姆·安德伍德(Jim Underwood)在随附的一篇文章中写道，解释动物为什么会进化出特定的形状和行为，尤其是与稳定性有关的原因，必须谨慎对待。仅仅表明某条蛇的滑翔策略不稳定并不足以证明它不是一个好的策略：如果你把猫头鹰冻结在一个非常逼真的滑翔姿势上，仍然不可能把它扔出去以实现稳定的滑行。

尽管如此，这项工作应该会被证明对受飞蛇运动启发的机器人的改进设计是有用的。新发现的空中起伏的运动学成分.。作者们写道，为设计一种以空中起伏为控制模板的仿生飞蛇机器人提供了理论基础，并补充说，这将显著简化飞行蛇形机器人的控制。

额外的好处：同样的理论模型将有利于Socha等人对飞蛇的进一步研究。