鳥類起飛與「雀不飛」

這是昨天在所謂的「雀不飛」到底是什麼原理？ - 知乎里的回答，記錄在這裡，算是自己的科研日常吧。

• 問題1：鴿子在地面起飛時是否需要蹬腿？ 結論：蹬腿必不可少

鳥類起飛時的身體加速度主要源於撲翅氣動力和後肢彈跳力。對於鴿子而言，整個起飛階段的加速度，約3/4源於翅膀撲動，1/4源於後肢彈跳。但這是針對整個起飛過程，對於起飛初期(從開始起飛到頭兩個撲翅周期結束)，後肢彈跳對起飛速度的貢獻超過90%，後肢彈跳的峰值加速度是頭兩個周期翅膀撲動峰值加速度的兩倍多（參考下圖）。初始起飛階段，鴿子需要儘快提升離地高度，以保證翅膀大幅快頻拍動過程中不會撞擊地面，因此蹬腿動作必不可少。

如果鴿子在起飛時由於外界干擾無法獲得蹬腿彈跳力，很可能會因為習性使然中斷整個起飛過程，然後等干擾減弱後重啟起飛流程。因此理論上，只要響應及時，是可以通過抵消彈跳力來破壞鴿子起飛過程的。

• 問題2：鴿子的蹬腿力能否被手臂感知到，手臂又能否及時做出反饋下沉運動？ 結論：可以感知到力，但及時反饋難以做到

上圖那篇文獻中，鴿子重50g (鑽石鴿 Diamond dove,比常見的鴿子要小一些)，據此彈跳力峰值大約1N，這麼大的力還是可以明顯感受到的。但整個彈跳過程大概只有0.1秒左右，相比之下，考慮到人體的反應時間延遲（約0.15秒）和神經肌肉滯後（0.1~0.2秒），手臂最快反應時間也需要0.25秒以上，難以實現對鴿子彈跳的及時反饋。反觀雷大師表演「雀不飛」時的悠然動作，完全不像是在對鴿子0.1秒的快速蹬腿動作做快速反饋。因此，「雀不飛」並不能解釋為「通過不斷抵消蹬腿力來使鴿子無法起飛」。

問題3：雷大師究竟是如何實現表演中的「雀不飛」的？

只有一段採訪視頻的話，這個還真不好下確切結論。我傾向於綜合 @韋你好 和 @匿名用戶的觀點，不停晃手臂使鴿子既無法保持正常的起飛姿態，又無法保持穩定的棲息姿態。雷大師表演的「精妙之處」在於手臂的晃動幅度和速度搞得鴿子得不停揮翅膀來保持平衡（看著跟想起飛一樣），又不至於太劇烈驚到鴿子，啟動緊急起飛模式。這麼看來，雷大師儘管不算啥太極大師，但卻也夠半個撩鳥高手了。

References：

Berg A M, Biewener A A. Wing and body kinematics of takeoff and landing flight in the pigeon (Columba livia)[J]. Journal of Experimental Biology, 2010, 213(10): 1651-1658.

Provini P, Tobalske B W, Crandell K E, et al. Transition from leg to wing forces during take-off in birds[J]. Journal of Experimental Biology, 2012, 215(23): 4115-4124.

Robertson A M B, Biewener A A. Muscle function during takeoff and landing flight in the pigeon (Columba livia)[J]. Journal of Experimental Biology, 2012, 215(23): 4104-4114.

結尾加個彩蛋：

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