如今，家长非常关注科学教育，国内外的科学教育都成为了很多家长关注的问题。既然现在大家都很关注科学教育，边肖今天就给大家推荐一些与科学教育相关的文章分享一下。如果你感兴趣，你可以仔细阅读以下内容。当蛇从一个高高的树枝飞到另一个树枝上时，它的身体就像蓝天上荡漾的绿草。这种运动，也就是空气中的起伏，发生在唯一一种能飞的无脊椎动物的每一次滑行中。科学家们已经知道这一点，但还没有完全解释清楚。

二十多年来，弗吉尼亚理工大学生物医学工程与力学系教授杰克索查(Jake Socha)一直试图测量和模拟蛇飞行的生物力学，并回答关于它们的问题，如空气波动的功能。在《自然物理学》年发表的一项研究中，索查成立了一个跨学科团队，开发了第一个连续的、解剖学上精确的飞行中金花茶三维数学模型。

该小组的成员包括凯文t克罗夫特的航空航天和海洋工程系教授谢恩罗斯和最近获得机械工程博士学位和论文的主要作者艾萨克耶顿。在测量了100多个模型后，他们开发了一个三维模型。活蛇滑行。该模型考虑了波的频率、方向、作用在物体上的力和质量分布。有了它，研究人员进行了虚拟实验来研究空气中的起伏。

在一组这样的实验中，为了理解为什么波动是每辆出租车的一部分，他们模拟了如果关闭波动失败会发生什么。当他们的虚拟飞蛇停止在空中波动时，它的身体开始下落。这种测试与模拟滑行相结合，使得滑行波不断向前运动，证实了团队的假设：空气中的波动增强了飞蛇的旋转稳定性。

飞行问题充斥着索查的实验室。该团队致力于研究飞蛇、青蛙如何从水中跳出来并在水上跳跃、血液如何流经昆虫以及鸭子如何落在池塘上。在某种程度上，索查探索波动在蛇滑翔中的功能是很重要的，因为很容易假设它实际上没有。

索查说：“我们知道蛇会因为各种原因，在各种运动环境中波动。”“这是他们的基本程序。我是说他们的神经肌肉项目？-他们正在接收特定的指令：现在发射这块肌肉，发射那块肌肉，然后发射这块肌肉。很旧了。它超过了蛇。这种创作方式的跌宕起伏是古代的波动。蛇可能会飞到空中，然后它会说：“我该怎么办？我是一条蛇。我起伏不定。"

但索查认为还有更多。在天界树蛇的整个飞行过程中，一次发生了很多事情，肉眼很难解决。Socha描述了在每次滑行中发生的几个步骤——这些步骤被认为是有意的。

首先，蛇会跳起来，通常会把身体弯曲成“J形环”，然后跳出来。蛇在发射时会重新调整形状，除了尾巴，它们的肌肉会移动以展平身体。当空气流过时，它会变成一个“变形的机翼”，在重力的作用下向下加速，从而产生升力和阻力。Socha在几项研究中检验了这些空气动力特性。随着蛇的变平，蛇会向自己的身体发出波浪。

在研究开始时，索查有一个关于空中起伏的理论，他通过比较两种飞机来解释：巨型喷气式飞机和喷气式飞机。他说，大型喷气式飞机的设计是为了保持稳定，一旦受到干扰，它们将自行恢复水平，而战斗机将失去控制。

那么哪条是蛇呢？

"这是像一架大型喷气式飞机，还是它本身就不稳定？"索查说。“这种波动可能是一种稳定的方式吗？”

他认为蛇更像一个斗士。

为了测试波动对稳定性的重要性，该团队着手开发一个能够生成模拟出租车的三维数学模型。但是首先，他们需要测量和分析真正的蛇在滑动时会做什么。

2015年，研究人员从《天堂里的树蛇》中收集了131只滑翔机的动作捕捉数据。他们把莫斯艺术中心的一个四层黑匣子剧场The Cube变成了室内滑梯舞台，并利用它的23个高速摄像头捕捉到了蛇从27英尺高的橡树上跳下时的动作。在剪式升降机顶部的树枝上滑动，滑到下面的人造树上，或者滑到周围的软泡沫垫上。该队以床单的形式排列，以缓冲着陆。

摄像头发出红外光，因此在蛇身上11到17个点上给蛇标上红外反射带，这样动作捕捉系统就可以检测到蛇在一段时间内的位置变化。寻找测量点的数量是本研究的关键。在过去的实验中，索查将蛇标记为三点，然后是五点，但这些数字并没有提供足够的信息。来自较少视频点的数据仅提供粗略的理解，这导致所得模型的波动和低保真度波动。

研究团队找到了一个11到17点之间的最佳点，可以提供高分辨率的数据。索查说：“有了这个数字，我们可以得到蛇的平滑表示，并得到准确的表示。”

然后，研究人员通过数字化和再现蛇的运动来构建3，同时折叠之前收集的质量分布和空气动力学的测量数据。

-D模型。罗斯是动态建模方面的专家，通过从航天器运动方面的工作中汲取灵感来指导Yeaton在连续模型上的工作。

自2013年以来，他就一直与Socha合作为飞蛇建模，而以前的模型则将蛇的身体分为多个部分，首先是三个部分，分别是树干，中间和末端，然后是一堆链接。罗斯说：“这是第一个连续的过程。”“这就像一条丝带。到目前为止，这是最现实的。”

在虚拟实验中，该模型表明，空中起伏不仅使蛇在滑翔时不会翻倒，而且还增加了行进的水平和垂直距离。

罗斯看到了蛇在飞盘旋转中起伏的类比：往复运动增加了旋转稳定性，并产生了更好的滑行。他说，通过起伏，蛇能够平衡其扁平身体产生的升力和阻力，而不是被它们压倒和倾倒，并且它可以走得更远。

实验还向团队揭示了他们以前无法可视化的细节。他们看到蛇在起伏时使用了两个波：一个大振幅的水平波和一个新发现的，较小振幅的垂直波。波浪同时左右移动，数据显示垂直波的传播速度是水平波的两倍。索查说：“这真的非常怪胎。”这些双波仅在另一条蛇中被发现，这是一条响尾蛇，但其波以相同的频率传播。

Yeaton说：“真正使这项研究变得强大的是，我们能够极大地提高我们对滑行运动学的理解以及对系统进行建模的能力。”“蛇飞行很复杂，要让蛇合作通常很棘手。要使计算模型准确，有很多复杂的方法。但是将所有部分放在一起是令人满意的。”

索查说：“这些年来，我认为我已经看到了近一千次下滑。”“每次看到它仍然令人惊奇。亲眼看到它，有些不同。这仍然令人震惊。这只动物到底在做什么?能够回答我从研究生时代就遇到的问题，许多很多年后，这令人难以置信。”

索查归功于一些因素，这些因素影响了真实的和模拟的滑行实验，从而迫使他无法控制。机会带他去了室内滑翔机竞技场：在Moss艺术中心开业几年后，创意，艺术与技术学院(ICAT)的媒体工程师Tanner Upthegrove问他是否曾考虑过在多维数据集。

“什么是立方体?”他问。当Upthegrove向他展示空间时，他被铺了地板。它似乎是为Socha的实验而设计的。

在某些方面，确实如此。ICAT的创办人Ben Knapp表示：“ ICAT的许多项目都使用了Cube的先进技术，该工作室不同于世界上任何一家录音室，都可以揭示通常看不到的东西。”“科学家，工程师，艺术家和设计师在这里共同建立，创造和创新应对世界上最严峻挑战的新方法。”

在该中心的特色项目之一，“全身，充满时间”中，媒体和视觉艺术家使用该空间来动作捕捉舞者的身体动作，从而获得身临其境的表演。用蛇代替舞者，Socha可以充分利用Cube的动作捕捉系统。该团队可以移动摄像机，以优化其在蛇行道上的位置。他们利用空间顶部的网格将两个摄像头指向下方，从而提供了蛇的俯视图，这是他们以前无法做到的。

索查(Socha)和罗斯(Ross)认为他们的3-D模型有继续探索蛇飞行的潜力。该小组正在计划进行户外实验，以从更长的滑行中收集运动数据。有一天，他们希望跨越生物现实的边界。

现在，他们的虚拟飞蛇总是像真正的动物一样滑下。但是，如果他们能够移动它，使其实际上开始上升，该怎么办?真的要飞吗?罗斯说，这种能力有可能被内置在机器人蛇的算法中，该算法在搜索，救援和灾难监测中具有令人兴奋的应用。

罗斯说：“蛇非常擅长穿越复杂的环境。”“如果您可以添加这种新模式，那么它不仅可以在自然环境中工作，而且可以在城市环境中工作。”

Socha说：“在某些方面，弗吉尼亚理工大学是生物启发工程的枢纽。”“像这样的研究不仅可以洞悉自然界如何运作，而且可以为受自然界启发的设计奠定基础。进化论是最终的创造性修补匠，我们很高兴能继续发现自然界对诸如此类的问题的解决方案，从而促进飞行从一个摆动的圆柱中。”