壁虎的尾巴是一个神奇且多用途的器官。在超过15年的壁虎研究中,加州大学伯克利分校和德国斯图加特的马克斯·普朗克智能系统研究所的科学家们发现,壁虎利用它们的尾巴在树间滑翔时进行空中操控,跌落时自我纠正,失去抓握力时防止从树上掉落,甚至可以在水面上推动自己,就像在水上行走一样。许多这些技术已经在类似壁虎的敏捷机器人中实现。
但加州大学伯克利分校综合生物学教授罗伯特·富尔和马克斯·普朗克智能系统研究所的教员阿尔迪安·朱苏菲,对最近的一个发现感到震惊:壁虎还利用它们的尾巴在头部撞树后帮助恢复。
这些头朝下的撞击可能不是壁虎首选的着陆方式,但朱苏菲在新加坡雨林中记录了许多这样的硬着陆,使用高速摄像机记录它们的轨迹和令人畏缩的着陆。
他测得它们撞击时的速度约为每秒6米,或每小时21公里——超过每秒200英尺,或每秒约120个壁虎体长。视频显示,当这种壁虎——亚洲普通扁尾屋壁虎,Hemidactylus platyurus——正面撞树时,它会用其爪子和垫脚趾抓住树干,因此当它的头部和肩膀反弹时,它有杠杆作用将尾巴压在树干上,以防止自己向后翻滚到地上,并可能成为某人的晚餐。
这种令人惊讶的行为,以及展示具有类似尾巴的机器人也能成功从坠落中恢复的实验,将在本周的《自然》杂志《通讯生物学》上报告。尽管这种头朝下的坠落着陆在壁虎或其他滑翔动物中尚未被记录,但科学家们怀疑其他小型轻量级跳跃动物——特别是其他蜥蜴——在无法完美跳跃时会使用这种方法作为备用。朱苏菲和富尔指出,类似壁虎尾巴的结构可以用来帮助飞行机器人,如无人机,在垂直表面上着陆时保持稳定。
研究人员还发现,超过一定长度,较长的尾巴并不一定比短尾巴更好:尾巴只有头部和身体长度一半的机器人几乎与尾巴等于鼻孔到肛门长度的机器人一样成功。然而,短尾巴的机器人需要两倍的脚力才能保持在树上。富尔和朱苏菲继续研究壁虎的行为,寻找可以应用于机器人设计的原则——特别是可以在树上栖息并垂直表面着陆的软机器人——但也探索动物运动的进化起源。
富尔说,一个关键的收获是,虽然工程师们可能试图设计最优的机器人,但自然界从不这样做。