图片来源：Zhang’s Lab
这是一个简化了的扑翼实验装置：下面一对完全对称的矩形平板是它的翅膀，竖直的杆是用来上下拍动这对翅膀，交合处安装了一个轴承。
于是，“仅凭上下拍打翅膀，能否向前飞”这个问题就可以被转化成：杆上下运动，平板能否旋转。
结果是这样：
视频来源：Zhang’s Lab
“确实出乎我们的意料之外，这个装置确实朝前飞起来了，它要么朝这个方向走，要么朝反方向走。所以它仅仅上下拍动，就能够有朝前飞的效果，就像旋转木马一样。”
可为什么会这样呢？要从流体开始说起。
当流体经过鸟和鱼，发生了什么？
这个实验是在水里做的，因为空气和水都是流体，它们的运动方程是基本一样的。
当一个生物穿过流体时，有趣的现象就会发生：
比如把一个小圆柱放在水里，设置一个从左到右的来流，那么不管这个圆柱有多光滑，它总会阻断水流，而断水流之后右边会产生一个非常规则的图案：左右、左右、左右。
视频来源：TransferUtes@Youtube
这个图案，在空气这种流体中同样出现着：
美国航天局从这个卫星上朝地球表面看，能拍到这个几乎是一模一样的图案：美国加州西海岸260公里处，左下角是一座1300米高、35公里长的火山岛。
图片来源：NASA/GSFC/JPL, MISR Team
这个图案叫什么呢？叫卡曼涡街（Karman vortex street），以它的发现者匈牙利科学家西奥多·冯·卡曼命名。
飞行和游泳中向前的动力正和卡曼涡街有关。
反卡曼涡旋：鸟和鱼秘密
不仅是物理学家，就连在艺术家的眼里，鸟和鱼的运动也很接近。
《Sky and water》(1938年荷兰艺术家M.C.埃舍尔）
数学家和物理学家也认同这个观点：扑翼和摆尾，都是一个往复拍动的平板和周围流体相互作用。
“我们实验室差不多花了一个夏天，才把鱼尾巴后面的水流图案比较清晰地显示出来，这是我们拍的最好的一个。十几年前在纽约大学做的。”
N Vandenberghe, J Zhang, S Childress，2004
我们把卡曼涡街和这个图案比较一下：一个是每一个涡都朝里卷，另一个是每一个涡都朝外卷，所以鱼产生的这种涡街是一种“反卡曼涡街”。
上图：卡曼涡街；下图：反卡曼涡街
由于鱼尾的摆动，把来流给弄慢了。
随着鱼尾的每次摆动：它把水往这儿推一下，再往另一边推一下，这样一左一右推的结果就是：鱼朝另一边开始游动起来了，这就是游泳和飞行的奥秘。
关于流体，他们还做了哪些有趣的实验？
“风吹旗帜的空气动力研究”
J Zhang et al. Nature408,835 (2000)
"达芬奇的降落伞悬停”
B Liu et al. Physical Review Letters 108(2012）
这些实验有什么用呢？
“对于做物理学、流体力学的人来说，这一类的实验可以帮助我们理解生物的飞行，理解它的稳定性、操控性，甚至设计未来一些飞行器。”
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