「丁丁」的勃起，能給機器人設計帶來靈感嗎？

來源 | 大西洋月刊

作者 | M. Sophia Newman

編譯 | 侯韻楚

勃起稱得上演化生物學的奇蹟。

陰莖能夠膨脹變大，是很大的優勢，事實上，幾個不同動物王國部落，比如哺乳動物、海龜與古蜥類，都彼此獨立演化出陰莖。記者 David M. Friedman 曾在 A Mind of Its Own: A Cultural History of the Penis 這本書中寫道，陰莖「實際上是一個刺不破的氣球，無論勃起時間多長，變癟的原因是什麼，它都能隨心所欲地再度勃起。」

Diane Kelly，是馬薩諸塞大學阿默斯特分校的比較生物學研究助理教授，從事陰莖研究已經 20 多年了。她通過 Skype 告訴我們，目前正在研究「羊膜動物陰莖的演化與形態學」，這類動物包括哺乳動物（包括人類）、海龜、鱷魚、鳥類、蛇以及蜥蜴。

2012 年，Kelly 在 TED 演講中解釋了自己是怎麼開始研究這項研究的。「有一天，我開始思考哺乳動物的陰莖，它的結構真的很奇怪，」她說，「它的機械功能必須發生戲劇性的變化才能實現體內受精」，即從允許排尿的靈活性結構變為用於交配的硬體結構。

大家都知道如何使陰莖勃起，這可以追溯到 15 世紀達芬奇的解剖圖紙，還有 Regnier de Graaf 的成果，這個人早在 1668 年就「對陰莖進行了迄今為止最全面的研究」，Friedman 寫道。不久之後，de Graaf 的學生 Fredrik Ruysch 創建了以屍體解剖為基礎的蠟解剖模型。Friedman 寫道：「這些模型展示了器官的擴大與縮小，堪稱液壓工程的奇蹟」，有助於反駁當時盛行的「空氣」或「風」導致勃起的理論。

這些人對勃起生理學現代認知的建立做出了貢獻。基本原理如下：腦中的化學物質指示身體放鬆陰莖內的兩根海綿體；然後，血液通過血管開口流入，並在身體限制靜脈血流出時滯留。同時第三根海綿體不膨脹，保持尿道開放以使精液能夠通過。最後，高潮或者突然的中斷等情況會促使血液流出該區域。

Kelly 意識到，陰莖在變形狀態下具有流體靜力骨骼的特點，這種結構能夠藉助在腔室中滯留液體來保持硬度。她開始好奇，哺乳動物的陰莖為什麼不彎曲，而由流體靜力骨骼（比如蚯蚓）構成的生物卻能隨心所欲地捲曲與伸展呢？她的學位論文就是研究這個問題，假設答案就藏在皮膚下膠原組織中那些呈 90 度排列的纖維中。

人體富含膠原蛋白（一種蛋白質），這些膠原蛋白位於名為白膜的陰莖組織中。陰莖鬆弛時，膠原蛋呈捲曲狀態，勃起後，膠原蛋白會全部展開。Kelly 在研究中發現，對勃起硬度來說，膠原蛋白分子結構至關重要。用顯微鏡觀察組織樣本後，她發現這些纖維排列幾乎呈 90 度：一些構成陰莖的長度，另一些則構成陰莖的寬度，和她之前猜測的一樣。這與更彎曲的流體靜力骨骼不同，後者纖維類似螺旋。

「如果勃起組織周邊沒有東西，不是以這種方式加固，那麼，陰莖的形狀會改變，但膨脹的陰莖避免不了彎曲，而且勃起根本不起作用。」她在 TED 演講中說道。（2007 年，她還在紐約科學院年鑒的一篇研究中寫道：「拉伸應力……其周長上的應力是長度上應力的 2 倍」。這意味著為了防止在動脈瘤中勃起，寬度方向擴展的纖維遠少於長度方向的纖維）。

「這一結果很明顯有著醫學應用前景，」Kelly 在 TED 演講中說到，「並且我認為，廣義上，這也與假肢、軟體機器人、任何形狀和硬度變化都十分重要的東西的設計有關。」

但是，Kelly 並非唯一持此洞見之人。將陰莖的設計用於其他目的想法，屬於仿生學，一門將自然設計經驗用來解決人類問題的科學。比如，魔術貼的靈感來自於牛蒡毛刺的鉤；工程師借用蜘蛛網的設計創建了玻璃塗層，從而使窗戶對鳥類更可見。「仿生學」一詞首先由 Janine M. Benyus 提出，他是 1997 年 Biomimicry: Innovation Inspired by Nature 一書的作者，也是 Biomimicry 3.8 以及仿生學研究所的創始人，這兩個組織聯繫密切，旨在促進仿生哲學的發展。

Ask Nature 是仿生學研究所建立的仿生思想庫，其中包括人類陰莖列表，作為「液壓作用如何產生結構剛度」的例子。但是，Kelly 認為，其他物種的陰莖也可能對工程師有所啟發。她說，人與動物之間「差異顯著」。她舉了一個例子：「鱷魚的泄殖腔擁有一類奇異、永遠勃起且膠原蛋白包裝十分密集的陰莖，在交配之前，它們會把它擠壓出來，而泄殖腔是存在於兩棲動物、爬行動物、鳥類以及某些魚類體內的腔洞」。大多數哺乳動物也有一個陰莖骨。

出於對其研究的仿生應用的好奇，Kelly 聯繫到了一個名為 Otherlab 的灣區公司。他們剛成立 Pneubotics，一家專門研究安全性高、重量輕、成本低的「全射流（all-fluidic)、以薄膜為基礎材料的機器人」公司。Kelly 說：「我給他們發了郵件，想談談這個話題，並且他們也給出了肯定的答覆：對他們的研究來說，纖維的定向作用非常重要，依靠這一功能來控制機器人膨脹後的最終形狀」。

Saul Griffith 是 Otherlab 的負責人，MIT 培養出來的物理學家，他也熟悉 Kelly 的研究。據他透露，他的團隊留意到一種名為編織鎖角的東西（braid lock angle），它「規定了壓力容器內纖維之間的最佳角度。」他沒有將他們的研究稱為仿生學：「這個術語很模糊，一直被偽科學家廣泛應用」。「我們對它敬而遠之，但確實在意這個『角度』」他說，「並且這就是陰莖具有抗捲曲特徵的原因，也是使一些『機器人』產品單位重量上都十分強大的原因。」

易言之，Kelly 的洞見正確無誤。在細節上，男性的性器官與非性器官（生命體與非生命體的），具有物理上的相似性。或許具有超出我們最珍視的繁衍與性的應用功能。

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