蟑螂在地面上采用多样化策略实现自我翻正
生物物理
2025-09-16 v2 定量方法
摘要
陆生动物常须在地面上从倒置状态自我翻正以求生存。在此，我们在具有挑战性的平坦、坚硬、低摩擦表面上比较了马达加斯加发声蟑螂、美洲蟑螂和圆盘蟑螂的自我翻正策略，以量化其力学原理。三个物种在给定时间（30 秒）内几乎总能翻正（概率 97%），常在首次尝试时翻正（63%），且该次尝试在一秒或更短时间内完成。成功时，三个物种中有两个获得了俯仰和/或横滚转动动能以克服势能壁垒（美洲蟑螂占所有尝试的 63%，圆盘蟑螂占 78%）。相比之下，最大、最重、无翅的蟑螂（马达加斯加发声蟑螂）远少依赖运动能量，且翻正最慢。三个物种中有两个采用滚动策略克服低势能壁垒。成功的翻正尝试比失败尝试具有更大的滚动转动，因为质心升至最高位置。马达加斯加发声蟑螂利用身体变形滚动（占所有试验的 98%），美洲蟑螂依赖腿部力量（93%）。相比之下，圆盘蟑螂利用翅膀（占所有试验的 46%）和腿部（49%）同时进行俯仰与滚动，均等地克服更高且范围更广的势能壁垒以实现翻正。我们的量化揭示了利用转动动能克服势能壁垒以及更多滚动以降低壁垒的性能优势，同时保持了地面自我翻正的多样化策略。
引用
@article{arxiv.1911.00421,
title = {Cockroaches use diverse strategies to self-right on the ground},
author = {Chen Li and Toni Wöhrl and Han K. Lam and Robert J. Full},
journal= {arXiv preprint arXiv:1911.00421},
year = {2025}
}