扭动一只鸡时,为啥它的头总不动?

作者: 吴海峰

来源: 博物

发布日期: 2022-04-21 11:03:13

文章探讨了鸡头在运动中的稳定性,以及这种稳定性背后的科学原理。通过历史研究和现代实验,揭示了鸟类头部稳定性与视觉感知的关系,并对比了现代技术如手机和相机的稳定装置。

你有没有看过这样一个视频:一个人双手捧着一只(活)鸡,无论人的双手如何摇晃,鸡头的位置却始终不变。如果在鸡头上绑上运动相机,那这不就是一个便宜又好用的“鸡头稳定器”?!再反观我们人类自己,把运动相机绑在头上,眼里的画面是稳定的,但是相机里的视频却抖得厉害。道理我都懂,但为什么鸡头很稳而我的狗头却不能?关于鸡头这事儿,还有挺多研究。

早在1930年,美国约翰斯霍普金斯大学的Knight Dunlap和O. H. Mowrer发表了一篇文章,就初步探讨了稳定器。不过他们的研究对象不是鸡,而是鸽子。科研人员用每秒32张照片连拍下了鸽子的行走状态。鸽子走路时,会频繁“点头”。

但在高速相机拍出的照片里却不是这样:鸽子的走路姿势前一张图鸽子伸着头,下一瞬间,头的位置没动,身体却往前移动了;等迈出下一步的时候,头先探出去,就像点头,之后身体再追上来。看来,和鸡一样,鸽子的头也具有很好的稳定性。

其实不光是行走的鸽子和被人抱着的鸡,很多鸟类在行走或者飞行等剧烈运动时,都会频繁点头来保持平衡。鸟类的头部为什么能保持稳定呢?其中的原理是什么呢?又是什么因素导致鸟类点头的呢?是眼睛看到了周围环境变化,掌管身体平衡的内耳前庭感受到了身体运动,还是因为身体处于运动状态导致了点头?当时,科学家也没弄明白。直到1975年,Friedman在《Nature》上发表了一篇论文,才算是基本说明白了这个问题。

实验第一步,验证鸽子点头是否和前庭有关。结果是,鸽子的身体纹丝未动,更没有点头。所以鸽子走路点头和耳前庭无关。实验第二步,验证鸽子点头是否和身体运动有关。结果是,鸽子没有点头。所以鸽子走路点头和身体是否处于运动状态无关。那么,只剩一种可能了,就是眼睛看到的事物变化促使鸽子走路点头。所以,鸽子点头与否与眼睛看到的东西有关,鸽子做出点头这一行为,是为了保持视野稳定。“鸡头稳定器”也是同样的原理。

咱们平时使用的手机、相机及各种画面稳定装置,看似都和鸡头稳定器有点像,但仔细研究,其中的原理各不相同。先来说说云台稳定器,它感知平衡的元件是内嵌的陀螺仪,和内耳前庭的原理有些相似。而有些手机防抖的原理,是在镜头的上下左右添加几组位置控制组件,当手机轻微抖动时,位置控制组件就能轻微调整镜头的位置来抵消手机的抖动,就好像没动一样。

类似的还有光学传感器防抖,通过微调感光元件的位置,来抵消按下快门时的手抖。其中的机械原理类似鸽子或者鸡走路时候的频繁点头,通过调整镜头的位置,来达到看起来稳定的效果,只不过稳定的判定标准是空间上的位置,而不是光学元件看到的影响。还有些手机使用的则是电子防抖,说白了就是照片拍糊了,通过后期处理来找补。

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