⼀只死蜘蛛慢慢下降,然后,突然它“复活”了——张开⼋条⻓腿,紧紧抓住另⼀只死蜘蛛。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⻉尔奖的机械⼯程奖。“我们可以理解很多⼈看到蜘蛛时会感到不舒服,但从⼯程学的⻆度来看,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。在实验室⾥收拾东⻄的时候,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。”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。
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。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”更⻓。研究⼈员表示,之后将对不同的涂层材料做进⼀步的研究。
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。”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。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克重的歌利亚⻝⻦蛛)则只能抓住其体重10%的东⻄——不过,算起来也有20克呢!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。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》。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。