南卡罗来纳州康加里国家公园的原始森林每年5月会出现罕见景象：成千上万只前额萤火虫（Photuris frontalis）雄虫以相同节奏同时闪烁，形成在美国仅少数地点可见的同步光影秀。长期以来，研究人员与自然观察者一直试图解释这些昆虫如何实现高度一致的群体协调。

科罗拉多大学博尔德分校的工程师团队近日公布一项研究，提出了前额萤火虫同步闪烁所遵循的数学规则。研究团队表示，这一结果有望为群体机器人运动与协作机制提供设计思路，并帮助理解其他生物同步现象，例如神经元同步放电以及细胞与人体内部时钟（昼夜节律）的同步。

科罗拉多大学博尔德分校计算机科学系及生物前沿研究所副教授奥里特·佩莱格（Orit Peleg）称，在夜晚的某些时刻，萤火虫群体会呈现“统一的节奏”，且表现出很强的时间一致性。佩莱格计划于3月16日（星期一）在丹佛举行的美国物理学会2026全球物理峰会上展示相关成果。研究人员已将论文发布在bioRxiv预印本服务器。

研究团队在实验中使用微弱LED灯模拟“人工萤火虫”，对单只雄性萤火虫进行照射，并观察其闪烁节奏变化。结果显示，当LED闪烁频率高于雄虫自身节奏时，萤火虫会加快闪烁；当LED闪烁较慢时，萤火虫则会放慢节奏。研究人员将这一过程类比为拥挤音乐厅中观众试图跟随他人拍手节拍的情形。

该研究第一作者欧文·马丁（Owen Martin）为科罗拉多大学博尔德分校计算机科学博士（2025年获得学位）。他在多个夏季前往康加里国家公园开展实验。公园为沼泽地环境，分布着数百年树龄的柏树和红树。马丁回忆，夜间萤火虫闪光会映照在公园雪松溪水面上。

为在可控条件下记录反应，研究人员逐只捕捉雄性萤火虫并带入完全遮光的帐篷内，由马丁在黑暗中用LED灯进行刺激。研究人员称，在自然环境中，萤火虫通常每秒闪烁1至2次；实验中，LED被设置为从每秒闪烁1次到每300毫秒闪烁1次的不同频率。

实验观察显示，当LED闪烁与萤火虫自身节奏接近但略有偏差时，雄虫更可能调整节奏：若LED在萤火虫闪烁之前亮起，雄虫通常会加快下一次闪烁以追赶；若LED在萤火虫闪烁之后亮起，雄虫则会略微延后下一次闪烁。若LED频率与萤火虫自然节奏差距较大，萤火虫往往会忽略该信号。

基于这些反应模式，马丁与佩莱格构建了数学上的“相位响应曲线”（phase response curve），用于描述外部光信号如何驱动萤火虫改变自身闪烁相位与节奏。研究人员同时指出，要进一步解释康加里国家公园中大规模同步现象仍需更多工作，因为野外雄虫通常处于由数十只甚至更多个体组成的群体中，并非只面对单一光源。

研究团队认为，野外萤火虫的行为也可能为工程应用提供启发。伦敦帝国理工学院工程师、该研究合著者考希克·贾亚拉姆（Kaushik Jayaram）表示，未来无人机或可借鉴萤火虫使用视觉信号进行通信。他指出，点对点光学通信功耗更低且更安全，有助于实现更高效的群体协作与更稳健的聚合；尽管需要视线通畅，但可为体积小、重量轻、功耗受限的无人机提供无线电频率方法之外的补充能力。

佩莱格则表示，她设想未来小型机器人群体能够在无需中央指挥的情况下协同工作。她以共同推动重物为例称，若多个机器人用力时间不一致会更吃力，而同步施力则更可能取得更好效果。