科學家用3D印表機器人來模擬彈塗魚「行走」方式

知識 07-11

近日，喬治亞理工學院（Georgia Tech）的一群科學家們藉助一個3D印表機器人來模擬彈塗魚在岩石和泥漿上短距離「行走」的方式，進而了解數百萬年前生物首次從海洋登上陸地時是如何移動的。彈塗魚以可以短暫地離開水面，利用胸鰭和尾鰭在沙灘和岩石上爬行或跳躍而知名。

對於非洲彈塗魚觀察幫助科學家們使用3D列印技術打造了這隻機器人MuddyBot，它能夠使用類似於彈塗魚強大的鰭和尾巴的肢體在沙地上蜿蜒前行。

在最早的陸地動物中，一條肌肉發達的尾巴在其行動中可能起到比以前人們認為的更為重要的作用。在一項新的研究中，研究人員發現，雖然鰭的「行走」是彈塗魚和3D列印的MuddyBot在平坦表面上移動的有效途徑，但是通過尾巴起伏產生的推力對其翻越沙坡是有幫助的。

科學家用3D印表機器人來模擬彈塗魚「行走」方式

科學家們普遍認為，如今行走在陸地上的動物是數億年前從來自水生環境的早期四足動物演化而來的。在這個過程中，它們的四肢不斷適應新的挑戰，以支持和推動他們的身體在岩石、泥土和沙子上運動。

這些四足動物可能面臨的這些地表的差異啟發著科學家們去探討它是如何影響這些古老生物的移動方式的，這也是生物學家和工程師團隊合作打造3D列印 MuddyBot的原因。他們為彈塗魚的身體結構設計出了機器人的結構，此外給它加上了兩個前肢和一條尾巴，使它可以模仿彈塗魚的「行走」能力。

科學家用3D印表機器人來模擬彈塗魚「行走」方式

雖然彈塗魚是一種能夠展示早期陸上生物如何移動的活模型，但是3D列印的MuddyBot使得科學家能夠改變它的運動參數，從而更好地理解它不同肢體的運動，以及觀察這些肢體是如何彼此關聯的。

研究人員們發現，與其模擬的動物一樣，3D列印的MuddyBot僅靠其前肢也很難爬到斜坡上，只有藉助「尾巴」產生的推力它才能做到這一點。此外，最早的陸生動物的第一步有可能是在有坡度的沙灘上實現的，他們對於彈塗魚的觀察以及對MuddyBot的測試表明最早的四足動物很有可能也需要藉助自己的尾巴提供動力。

科學家用3D印表機器人來模擬彈塗魚「行走」方式

據該研究的合著者，Clemson大學的生物學教授Richard Blob稱：「尾巴在陸地上運動中所起到的作用，直到現在仍在很大程度上被忽視，很可能是推動生物離開水環境、進入陌生的新棲息地的一個重要因素。」

這項研究結果於2016年7月7日被在線發表在了《Science》雜誌上。

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