為了研究蜘蛛腿，科學家教它跳躍
科學家們教會一隻蜘蛛聽令跳躍，希望藉此研發新一代機器人模型。
很多蜘蛛會跳躍，參與新研究的佛羅里達跳蛛也不例外。佛羅里達跳蛛的能力無可挑剔，當它們跳起來抓獵物的時候，能夠飛躍自身體長的六倍。它們體長約15毫米，這些小傢伙們至少能跳60毫米遠。相比之下，人類只能跳躍自身體長的1.5倍。
佛羅里達跳蛛絕佳的視力和精準的捕獵，使得它們成為曼徹斯特大學完美的研究對象，協助後者研發微型跳蛛。
然而，教會這項雌性蜘蛛跳躍並不是一件容易的事，只有一隻蜘蛛成功地學會了跳起和著陸到平台上。她名叫Kim。研究人員們利用高科技攝像頭拍下了Kim的跳躍過程，發現她跳躍背後的秘密。Kim有一些不同的跳躍技巧。跳躍距離近(大約為自身體長的兩倍)時，Kim會採用更快更低的軌道，以便精準定位。但跳躍距離遠(大約為自身體長的六倍)時，她傾向於使用更加高能效的跳躍方式。
雖然Kim能夠調節她的跳躍角度以便跳得更高或者更低，但研究人員們發現她在低空跳躍的時候更加自信。
微系統工程師Mostafa Nabawy表示：「她會採用最佳跳躍角度，這意味著她能夠理解她面臨的挑戰。之後她能夠預測跳躍所需時間，採用最佳耗能方式。」
研究人員們還注意到Kim在跳躍到平台上之前，會事先系一條「蛛絲安全繩」。當她跳躍時，能夠靠這條蛛絲繩保持穩定。研究人員們做了3D掃描後，得以為蜘蛛的身體和腿部結構建立模型。分析與模型結合使得研究人員們能夠更好地理解蜘蛛跳躍背後的動力。
生物學家們知道蜘蛛能夠利用腿部液壓伸展腿部，但他們不知道蜘蛛是否能利用這一液壓增強乃至取代肌肉力量。不過在本研究中，蜘蛛的肌肉力量足以支撐它的跳躍。
空氣動力學家Bill Crowther說道：「我們的研究結果表明雖然Kim在跳躍時能夠依靠腿部液壓，但她並不需要額外的液壓力量來實現跳躍行為。因此，蜘蛛體內的液壓活動所扮演的角色仍有待商榷。」
這一研究不僅讓科學家們更了解佛羅里達跳蛛，還給研究小型跳躍機器人提供了思路。如果研究人員們能夠從跳蛛身上學會什麼，那麼應該是解決目前他們研究機器人時面臨的限制。
Nabawy是一位航空工程師，他對設計飛行及跳躍機器人很感興趣。跳蛛為他實現這一夢想提供了不少線索。Nabawy表示：「蜘蛛起跳時使用的力量是自身重力的五倍，如果我們能理解這些生物力學，那麼我們就能將它們應用到其它研究領域。蜘蛛做事有計劃，它們為了準確而快速地抓住獵物，必須完成準確的跳躍。」
研究人員們完成蜘蛛研究後，建立了一個簡單的跳躍裝置，它與蜘蛛的大小差不多。雖然工程結構材料都對了，但項目失敗了。研究人員們研究的樣本太小，他們指出這一範圍內的電子控制裝置無法與自然匹敵。
研究人員們計劃創造出全新的機器人，為了做到這一點，他們需要進行更多研究，比如檢測蜘蛛控制其跳躍的準確度。到目前為止，工程師們一無所獲。
該研究已被發表在《科學報告》上。
本文譯自 Sciencealert，由譯者 肌肉桃 基於創作共用協議(BY-NC)發布。
TAG:煎蛋 |