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蜘蛛死后 变成抓娃娃机 抓起一只更大的死蜘蛛

京港台:2023-11-17 04:04| 来源:把科学带回家 | 评论( 1 )  | 我来说几句


蜘蛛死后 变成抓娃娃机 抓起一只更大的死蜘蛛

来源:倍可亲(backchina.com)

  一只死蜘蛛慢慢下降,然后,突然它“复活”了——张开八条长腿,紧紧抓住另一只死蜘蛛。

  

  可以抓起,也能放下 | 参考资料[1]

  这不是什么万圣节限定的死亡抓娃娃机,而是一种新型的机器人,不过取材原料比较特殊——是蜘蛛尸体。

  操控蜘蛛尸体的方法并不难,你只需把一根针头刺进蜘蛛的身体,往它体内打入空气,原本蜷缩起来的死蜘蛛就能向外伸展腿部。而当蜘蛛体内的压力被释放时,它的腿就会闭合,从而抓住目标物体。

  这个死蜘蛛版本的抓娃娃机,出自美国莱斯大学机械工程系的研究团队。团队的负责人、机械工程系助理教授丹尼尔·普雷斯顿(Daniel Preston)表示,这是第一次把一只完整的动物拿来做机器人。

  今年九月,他们的这个研究还获得了搞笑诺贝尔奖的机械工程奖。

  

  2023年搞笑诺贝尔奖 - 机械工程奖 | Ig Nobel Prize

  死蜘蛛:为什么是我?

  “我们可以理解很多人看到蜘蛛时会感到不舒服,但从工程学的角度来看,蜘蛛的运动机制非常有趣,”莱斯大学机械工程博士生叶德菲(Te Faye Yap)说道。

  她对死蜘蛛的研究始于2019年,那时候莱斯大学普雷斯顿创新实验室刚成立不久。在实验室里收拾东西的时候,叶德菲注意到走廊边上躺着一只缩成一团的死蜘蛛。她和同事都很好奇,为什么蜘蛛死掉的时候腿都是蜷缩起来呢?

  于是,大家立刻在网上查阅资料,发现原来“蜘蛛不像人类那样有肱二头肌和肱三头肌的对抗肌组合,” 叶德菲说道。“它们只有屈肌,可以让腿向内卷曲,并通过液压让腿向外伸展。当它们死掉的时候,它们失去了主动给身体加压的能力。这就是它们蜷缩起来的原因。”

  “这太有趣了!我们希望能找到一种利用这种机制的方法,” 叶德菲说道。

  如何“复活”死蜘蛛?

  ——给它打气

  了解完蜘蛛死亡蜷缩的原因,大家又有了一个新的疑问——能否使用压缩空气来重新控制死蜘蛛的腿?

  就这样,他们拿起了蜘蛛尸体。用到的实验材料除了蜘蛛尸体,还有注射器和强力胶。研究人员先把针头刺进蜘蛛的头胸部,然后用一点点强力胶封住针头周围的缝隙。再连接好针筒,研究人员就能通过注射器对蜘蛛的液压腔室进行加压。

  

  把注射器的针头插进蜘蛛的头胸部,再滴一点胶水 | 参考资料[1]

  往里打点空气加压,死蜘蛛的腿就会被立即激活,向外张开。而一减压,腿在屈肌的作用下自然地就收缩闭合了。

  

  通过针筒控制蜘蛛体内的液压 | 参考资料[1]

  蜘蛛等无脊椎动物体内有血淋巴,这和脊椎动物体内的血液类似。血淋巴就像一个液压系统,在注入空气时,血淋巴会被加压,进而导致蜘蛛腿部关节上的压力也随之增加。研究人员还发现,蜘蛛在死后1小时、甚至是死了7天后,它体内的血淋巴化学组成都不会有显著变化。

  实验中,为了观察蜘蛛腿的耐受力,有一只死蜘蛛开腿关腿了近1000次,相当皮实。到后面,它的腿部关节才开始出现一些磨损。“我们认为这与关节脱水有关,可以通过涂抹聚合物涂层来解决这个问题。” 普雷斯顿说道。

  实验发现,没有任何涂层的蜘蛛尸体只能当两天的抓娃娃机,而涂有蜂蜡的蜘蛛尸体则能有效防止脱水,“寿命”更长。研究人员表示,之后将对不同的涂层材料做进一步的研究。

  

  蜘蛛腿部关节细节 | 参考资料[1]

  死掉的蜘蛛虽然可以不停地张腿、闭腿,但它并没有真的被复活,也没有变成僵尸。普雷斯顿表示:“我们确信它是无生命的。”

  抓起比自己还重的大蜘蛛

  在实验中,死蜘蛛能够抓取几种不同的物体,例如能移除面包板上的跳线以断开LED,能拿起一块染成红色的聚氨酯泡沫,甚至能抓起另一只体重是它1.3倍的大蜘蛛。

  

  抓走面包板上的跳线 | 参考资料[1]

  于是,研究人员又想到,不同大小的蜘蛛是不是有不同的抓握力?

  通过研究不同体型的蜘蛛,他们发现,小蜘蛛(10毫克的跳蛛)可以施加其体重两倍的抓握力,而更大的蜘蛛(例如大约200克重的歌利亚食鸟蛛)则只能抓住其体重10%的东西——不过,算起来也有20克呢!

  

  分析不同大小的蜘蛛的抓握力 | 参考资料[1]

  更环保,更方便

  研究人员给这个具有开创性的研究领域取名为Necrobotics,其中Necro表示尸体或死亡,而robotics是机器人、机器人学的意思。

  这一领域的研究可以为非常小的物体制造可生物降解的夹具。和其他机器人部件相比,它们更加环保,不会产生电子垃圾。

  

  由蜘蛛尸体做成的夹具 | Preston Innovation Lab

  软体机器人技术,是普雷斯顿实验室的研究重点。传统的刚机器人的设计和制造,通常需要复杂而繁琐的过程,而软体机器人能省去其中一些复杂的制造要求。死蜘蛛机器抓手就更方便了。“我们不需要从头开始制造这种气动驱动的抓手,只需要利用自然,” 普雷斯顿说道。

  除了环保,蜘蛛的数量也很多,因此对研究人员来说取材很方便。不幸的是,研究人员表示他们目前还无法保证在实验过程中没有蜘蛛受到伤害。研究中用到的蜘蛛尸体是通过安乐死(把它们放在大概-4°C环境中冷冻5~7天)获得的。已有的研究文献并没有如何遵循道德和人道主义来采购、安乐死蜘蛛的明确指导。

  

  去年七月,该研究发表于《先进科学》(Advanced Science) | 参考资料[1]

  在过去一年里,经过更进一步的研究,研究人员控制蜘蛛尸体的能力变得更精确了——可以只驱动它身上的某一条腿,而不是全部的八条腿。

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