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【科科雞年到】雞頭為什麼可以「防震」?

在攝影領域,人們為了「防震」可是沒少下功夫:不僅攝影師們要練就「鐵腕」,人們還開發出了各種專門的防震設備。

然而,無論面對多麼高科技的人工防震技術,人們總還是會想出一些新奇的解決方案。它返璞歸真、純天然、低成本、操作簡單、效果拔群……對,那就是——綁雞頭上。

就算屁股再怎麼扭,我的頭就是不動。

就算屁股再怎麼扭,我的頭就是不動。

在那些傳遍網路的動圖中,穩如泰山的雞頭總會占有一席之地。甚至還真有網友對「雞頭攝影」的穩定性進行了評測。比起人手持和頭戴攝像機,雞頭拍下的畫面確實更穩定,不過無法控制雞往哪邊看成了這套設備的致命傷……

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從左到右:裝在人頭上,裝在雞頭上,手持。影片來自:jeremiahjw

雞頭為什麼能防震?這種「種族天賦」有多厲害呢?

鳥頭防震有多厲害?

在鳥類當中,頭部「防震」是非常普通存在的現象。除了雞頭,鳥頭「防震」的例子還有很多,比如那些一邊行走一邊「點頭」的鴿子。它們可不是為了走出最搖擺的節奏感,而是要讓自己的頭部在行進中大部分時間都保持穩定,然後再咻地一下換到下一個位置。(更多閱讀:鳥類行走的點頭問題

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鴿子行走時的頭部運動。圖/參考文獻1

鳥類對於空間變化的感知很敏感,只要頭部發生了微小的位移,它們就能夠通過視野中物體相對位置的變化感知出來,從而做出相應的調整。行走中的鴿子頭部在「穩定期」的位移能控制在 0.5 毫米以內[1],而那些特別依賴空間判斷的鳥類物種,比如蜂鳥、翠鳥以及茶隼,它們的「防震性能」還會更高。

視覺防震?其實你也行

一般認為,鳥類穩定的頭部是為了保持穩定的視線,在動物界,這其實是非常普遍的現象。當動物個體處於某種視覺環境中時,它們往往都會本能地將自己的視野中心鎖定在某個點,或某一個物體上。如果你試試左右轉頭,也會發現自己的視線多半不會跟隨著頭部徐徐移動,而是從穩定的點跳到下一個點。

保持視線穩定對動物的生存很有好處,因為消除視線晃動的干擾,就可以更容易地分辨出真正在移動的目標——這些目標可能是一頓午飯,一位不懷好意的競爭對手,或者一位來勢洶洶的捕食者。我們其實也一樣有調節視線穩定的機制,只不過人類的「視覺防震」更多依靠靈活轉動的眼球。因為飛行對視覺的依賴性,鳥類的眼球十分發達,以至於幾乎擠占了眼眶內所有的空間,而與此同時,它們的眼球運動則會受到限制。所以當鳥類想要調整視線時,它們就要依靠靈活的脖子了。

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靠脖子來盡可能維持視覺穩定,這招人類也用得上——看看那些轉圈的舞蹈演員吧。

此外,也有一些科學家認為,鳥類行走時頭部「一頓一頓」的模式還可以產生運動視差,幫助提供物體深度和距離的信息。這個解釋看起來很合理,不過它還未得到直接證實。

為了實現視野的穩定,視覺系統和平衡系統都會在其中參與調節。研究也發現,像蜂鳥這樣格外擅長保持空中穩定的鳥類,它們也擁有比其他鳥類更大的相關腦區。

跟著鳥類學防震

直接在雞頭上綁照相機並不是什麼好主意,不過從鳥類身上,研究者們確實能找到提升防震性能的靈感。

2015 年時,史丹福大學的工程師們就用高速攝影機記錄下了天鵝飛過湖面時頭頸部的動作[2]。在撲動雙翼時,天鵝們的身體上下搖擺,但在頸部的調整之下,頭部卻能保持相當平穩的狀態。一些無人機偵察機也採用了撲翼的設計,把鳥類飛行中調整頭部的過程記錄下來,並建立模型來模擬它,這樣的成果用在無人機上,拍攝到的畫面也就能變得更加清晰了。

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把「鳥頭防震」變成物理模型。圖/參考文獻 2

不管怎麼說,鳥頭確實是視覺系統穩定性的一個讓人印象深刻的例子。或許有一天,我們手中的相機也會像它們一樣穩如泰山呢。

本文來源於果殼網(微信公眾號:Guokr42),編輯:窗敲雨。本文禁止二次轉載,如需轉載請聯繫 sns@guokr.com

參考資料

  1. Barrie J. Frostemai. Bird head stabilization. Current Biology, Volume 19, Issue 8, pR315–R316, 28 April 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2009.02.002
  2. Ashley E. Pete, Daniel Kress, Marina A. Dimitrov, et al. The role of passive avian head stabilization in flapping flight. Interface, September 2015 Volume: 12 Issue: 110. DOI: 10.1098/rsif.2015.0508
  3. Iwaniuk, A.N., and Wylie, D.R. (2007). Neural specialization for hovering in hummingbirds: Hypertrophy of the pretectal nucleus lentiformis mesencephali. J. Comp. Neurol. 500, 211.

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