隨著5G時(shí)代的到來，前些年開始爆火的虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）又一次進(jìn)入了人們的視野，這一技術(shù)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)雖然仍處在萌芽階段，但它的生命力已經(jīng)開始在各行各業(yè)呈現(xiàn)。不光是用于人，甚至面向動(dòng)物的VR都在開發(fā)之中。你一定會(huì)非常好奇，動(dòng)物VR能用來做什么呢？看完文章你就會(huì)明白，動(dòng)物VR完全可能成為進(jìn)行動(dòng)物學(xué)研究的利器。

昆蟲的飛翔能力徹底地征服了全球絕大部分的天空。一直以來，人類都對(duì)昆蟲大腦控制它們進(jìn)行飛行的機(jī)制感到好奇，無數(shù)的謎團(tuán)始終沒有徹底揭開。例如，昆蟲是如何導(dǎo)航的？它們的視覺發(fā)達(dá)到了怎樣的程度？它們僅僅依賴視覺能否分清食物和威脅？氣流和氣味會(huì)不會(huì)影響昆蟲的運(yùn)動(dòng)傾向？

最近，印度科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中為昆蟲搭建了一套豪華VR “娛樂”系統(tǒng)，它們只要扇動(dòng)翅膀就能在其中暢游。這個(gè)虛擬的世界中，有它們最愛的食物，也有好聞的香味和可以借力的氣流，它們可以在顯示屏前一刻不停地飛上幾個(gè)小時(shí)。聽起來有點(diǎn)玄乎，不過問題來了，大費(fèi)周章地興建這么一套昆蟲VR系統(tǒng)，到底有沒有十足的必要性？我們又能從中獲取什么有意義的信息呢？

這套系統(tǒng)的用戶一蘋果實(shí)蠅是一種對(duì)食譜極為挑剔的物種，它們只對(duì)一種食物有興趣，那就是（蘋果樹上的）蘋果。蘋果實(shí)蠅的一生都圍繞著蘋果度過，它們棲息在果園中，在蘋果上吃喝拉撒、交配產(chǎn)卵。除了異性，蘋果是這個(gè)世界上對(duì)它們而言唯一有意義的事物。這種從進(jìn)化角度而言非常不思進(jìn)取的偏食行為簡(jiǎn)直能把達(dá)爾文氣得活過來。不過，對(duì)于昆蟲行為研究來說，它們卻是珍貴的模式動(dòng)物。

我們常說的“沒頭蒼蠅亂撞”，講的就是昆蟲飛行路線以及目的的不可預(yù)測(cè)性。要想對(duì)其進(jìn)行研究，就得有足夠簡(jiǎn)單的模型。VR系統(tǒng)和蘋果實(shí)蠅提供的正是足夠簡(jiǎn)化的研究平臺(tái)和研究對(duì)象，簡(jiǎn)直是天作之合。

虛擬現(xiàn)實(shí)娛樂系統(tǒng) 圖片來源視覺中國(guó)

在實(shí)驗(yàn)過程中，蘋果實(shí)蠅被固定在儀器正中的位置，它們的行動(dòng)雖然會(huì)受到一定程度的約束，但是絕非被細(xì)針刺穿這么殘忍，而是通過膠水將一根很長(zhǎng)的細(xì)針固定在它們的胸部外骨骼上，位置類似于人體的兩塊肩胛骨中間。這么做的道理非常簡(jiǎn)單，首先，即便研究對(duì)象是昆蟲也很可能招來虐待動(dòng)物的非議，因此研究人員盡量采用不傷害蘋果實(shí)蠅的方式來實(shí)施研究；其次，對(duì)研究對(duì)象的身體施加的約束越大，就越容易引發(fā)它們的不適，也會(huì)讓研究條件更加偏離理想的情況。

這套系統(tǒng)花了5年時(shí)間才搭建完成，如果是以人類開發(fā)VR游戲作為參照，這家游戲公司恐怕早就破產(chǎn)了。而之所以下了這么大功夫，主要是由于昆蟲VR有別于人類VR的諸多特點(diǎn)，讓研究人員不得不進(jìn)行充分的調(diào)研和改進(jìn)。

最終，在人類和昆蟲的共同努力下，這套昆蟲VR實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)終于正式上線了。在它的顯示屏中有自然界果園中擁有的一切要素，藍(lán)天、白云、綠草、蘋果樹，蘋果實(shí)蠅看到它們就按捺不住飛翔的欲望。一旦它們開始振翅，畫面也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的更新，甚至還能在一定角度內(nèi)對(duì)應(yīng)蘋果實(shí)蠅的轉(zhuǎn)向。此外，除了顯示模塊，這一系統(tǒng)還配備了施加氣流和氣味的多向?qū)Ч堋?/p>

昆蟲VR系統(tǒng)給我們帶來了哪些成果？研究人員發(fā)現(xiàn)，如果屏幕上壓根兒沒有蘋果樹，蘋果實(shí)蠅也就沒有什么特別的飛行傾向。不過，一旦出現(xiàn)蘋果樹，它們馬上就會(huì)向其進(jìn)發(fā)并試圖在樹上著陸。這說明蘋果實(shí)蠅能夠辨認(rèn)VR系統(tǒng)中出現(xiàn)的三維實(shí)體。值得一提的是，埃及伊蚊、大蚊以及尾蛆蠅都能從這套VR系統(tǒng)中把特定的實(shí)體從背景中分辨出來。

如果壓根兒沒有視覺信號(hào)，比如保持背景圖像不變，蘋果實(shí)蠅又會(huì)根據(jù)什么信號(hào)來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航呢？答案是氣流和氣味。在沒有有效的視覺和氣味信息時(shí)，蘋果實(shí)蠅會(huì)通過觸角和分布在全身的絨毛來感受氣流流向，從而選擇合理的飛行路線，順勢(shì)而為，減少能量損失。一旦有氣味信號(hào)的介入，蘋果實(shí)蠅則會(huì)立即向氣味傳來的方向移動(dòng)。這一實(shí)驗(yàn)首次證實(shí)了昆蟲在失去視覺的情況下仍然能通過其他途徑進(jìn)行導(dǎo)航。

研究昆蟲的飛行和導(dǎo)航行為在現(xiàn)實(shí)生活中有著相當(dāng)大的實(shí)踐意義，相關(guān)成果在害蟲防治、農(nóng)作物授粉以及蟲媒病預(yù)防等方面都能夠發(fā)揮作用。也許在未來，我們能夠發(fā)明讓蒼蠅主動(dòng)舍生赴死的蒼蠅拍，打蒼蠅也不再是需要屏氣凝神的高難度作業(yè)了。

什么是虛擬現(xiàn)實(shí)

虛擬現(xiàn)實(shí)（virtualreality,縮寫為VR ）,也稱虛擬環(huán)境，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界。通過對(duì)用戶視覺等感官的模擬，可以即時(shí)、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物，讓用戶有身歷其境的感覺。用戶進(jìn)行位置移動(dòng)時(shí)，電腦可以立即進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，將精確的三維世界影像傳回產(chǎn)生臨場(chǎng)感。該技術(shù)集成了電腦圖形、電腦仿真、人工智能、感應(yīng)、顯示及網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由電腦技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。

來源: 江蘇省科學(xué)傳播中心

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