如果你仔细观察果蝇，会发现它可以迅速起飞、盘旋、俯冲、急转弯......轻而易举地捕猎食物、躲避追杀但它是如何进行上述活动的呢？

动物学家、航天专家、流体力学研究者及仿生学家一直对昆虫飞行时附近空气流动的情况感兴趣，但这个问题一直未得到充分的解释。因为我们很难对三维空间的气流活动做出精确的描述，尤其是昆虫翅翼周围。昆虫的翅翼小巧轻薄，又运动得特别快、特别复杂。一开始科学家以分析和计算的方式来探究昆虫的飞行机制，但是这两种方式却无法解释昆虫起飞和停滞空中的行为，也无法完整地描绘昆虫的飞行。到了20世纪80年代，研究人员改以直接测量的方式将它们的运动模式量化，才渐渐揭开昆虫飞行神秘面纱的一角。

美丽的前缘涡流

如果我们将飞机的机翼缩小到大黄蜂翅翼的尺寸，再以黄蜂的速度飞行，那么根据稳态的空气动力学计算，这架飞机的机身载重肯定比一只大黄蜂小得多。另外，今天的飞机双翼需是平平稳稳才可翱翔天际，而昆虫拍动、转动的频率却高达每秒20~600次。可见一般昆虫翅翼的飞行原理跟飞机大不相同。但是，它也不是机械式地一上一下做着单调的体操，它的翅膀会朝不同方向、在不同的时机翻转，并利用与空气切角的变化和涡流的产生，做出各种飞行动作。

一开始科学家发现昆虫翅膀会产生涡流，是借由一对机器苍蝇翅膀的协助。他们模仿果蝇翅翼做了一对25公分长的翅翼，由6部马达推动，让它在粘性的矿油箱中模仿果蝇的飞行动作。当然科学家得考虑到果蝇的实际飞行状况，界定的方式就是让两者翅膀周围的流体惯性力和粘滞力的比值相同——当实物和模型的惯性力对粘滞力比值相同时，两者背后的物理意义也就相同。这个比值我们称为雷诺数（Reynolds number）。

当科学家将机器苍蝇的翅翼设定为盘旋的形状时，一个美丽的涡流在油箱中现身了；翅翼后面有一道强大的下冲气流；而沿着翅翼的根部一直到尖端则出现一道横向测流，在翅翼表面上方后端的2/3处流动；至于翅翼前缘，则出现一道以翅翼前缘为轴心的美丽涡流，带着果蝇升空。

延缓失速

对于飞机来说，机翼之所以能够产生上升力，是由于机翼与气流之间的切角促成拜努利效应（Bernoulli' seffect）的产生：当气流遇上机翼，它会在机翼前端一分为二，而在机翼尾端汇合。由于机翼上方的表面路径较长，使得上方气流流速较下方气流快，造成上方压力较下方低，机翼受力抬升，整个飞机就上升了。但是当切角过大时，上方的气流无法沿着机翼表面行走，于是气流与机翼分离，造成上升失败，飞机失速下坠。

果蝇也很可能遇上同样的问题。果蝇是由上述的美丽涡流带着它升空，而要有涡流必须先挥动翅翼。但是果蝇的翅翼在拍动时会随着位置而有不同角度的翻转，于是翅翼前缘与空气的角度会不断变化，一旦切角过大，便会失速而下坠。但果蝇与飞机不同处在于，果蝇有“超高频拍击”的法宝。果蝇在快速翻转翅翼的同时，也产生了快速旋转的前缘涡流，这些涡流能支持果蝇继续上升，不致失速坠落。只是这些涡流附在翅翼上的时间很短，一产生出来便会立即消散，但是由于果蝇快速拍动的关系，在前一个涡流即将逝去的同时，下一个涡流也产生了。于是果蝇拍动时总是有许多涡流像热气球一般支撑它在上空盘旋。因此这些美丽而实用的前缘涡流便起了“延缓失速"的作用，让它安全度过每一个可能失速的难关。

上抛球和下坠球

打过棒垒球的人应该知道，投手可以借着棒球旋转方向的不同投出变化球。如果棒球向后旋转抛掷而出，上方空气流动加快、压力降低，便能掷出上抛球。相反，当棒球向前旋转，下方空气流动加快、压力降低，便产生下坠球。

之所以发现果蝇“会投变化球”，是因为研究人员利用电子仪器测量机器果蝇拍击时，发现这对翅翼在拍击的起始和结束瞬间产生了强大的力，而这是无法以延缓失速解释清楚的。力量的极大值发生在翅翼拍击速度慢下来，并迅速转向、反向拍击的瞬间，因此这个转向的动作必定大有文章。

如果果蝇翅翼反转的时机是在拍击动作之末，其产生的涡流逆于前进方向旋转，产生的效果就如同上抛球；若翅翼反转的时机迟至下一拍击开始时，其反转所造成的涡流顺于前进方向，便产生如同下坠球的效果。其实，平面翅翼与立体圆球的功用原本是不同的，但是翅翼可以借由旋转而制造出与圆球相当的机制，促使昆虫上升或下降。这个机制称为“旋转气流”。

节能的尾波捕获

果蝇也很有节约能源的概念。果蝇在拍击时产生的能量会散逸至空气中，而这些散逸的能量果蝇却能够善加利用。

果蝇在每一次拍击时都会扰动周围的空气，当这些扰动的空气散逸至尾部，称为“尾波”。尾波的结构复杂，而当翅翼在进行下一个动作时，便会穿过之前被搅动过的空气，如此两力相撞，产生的合力便形成另一个力度的高峰。因此尾波的能量不会平白散逸到空气中，而能够借着一下拍击再利用，称为“尾波捕获”。

即使“尾波捕获”的动作必须出现在每一次拍击开始时，果蝇仍然可以改变翅翼转动的时机来操控力的大小和方向。如果翅翼转向得早，那么翅翼与尾波撞击的角度就能产生一股强大的上升之力；倘若翅翼转向得晚，则两者撞击之后便产生下降之力。

昆虫与小型飞行器

这些昆虫并不知道自己在干什么，翅翼直觉地挥动几下，便同时用上涡流制造、延迟装置、旋转环流以及尾波捕获等航空技术；而为了操控如此复杂的飞行动作，它们还自有一套完整的配备：眼睛和后部的薄翼可以作为测定方位的回旋仪，在翅翼上还有一排机械感测结构可以精确地校准翅膀旋转的时间点、拍击的振幅以及翅膀的其他动作。就因着这些技术和配备，果蝇能够随时朝它们想去的地方飞行，而这些技术不仅用在运输，还用来捕获食物、保卫领地或是求偶。

科学家希望找到昆虫在空中飞行的基本技巧，以此研发一种拇指大小的飞行器，可以用在搜寻、救援、环境监控、地雷探测、星球探索等。因为尽管人们已经成功地制造出像小鸟一般大小的飞行器，但像苍蝇一般大小的却还飞不起来。

在浩瀚的大自然之中还有许多昆虫，它们的构造、尺寸和行为应有尽有。小如蓟马大如鹰娥；有双翼的蜜蜂，也有四翼的草蛉和蜻蜒，而科学家煞费苦心从果蝇身上获得的结论，又有多少是可以运用在这么多种昆虫身上呢？更何况，我们只找出果蝇滞留空中作上下飞行的机制，一旦它们移动时，又是用什么飞行机制呢？

看来，仅仅是小小的昆虫，举手投足间就有许多奥秘有待我们去探究。