蜘蛛死后,变成了抓娃娃机,抓起了⼀只更⼤的死蜘蛛

作者: 原创

来源: 万物杂志

发布日期: 2023-10-27 06:01:21

莱斯⼤学机械⼯程系的研究团队开发了一种利用死蜘蛛尸体作为抓取装置的新型机器人技术,名为Necrobotics。通过向蜘蛛体内注入空气,研究人员能够控制蜘蛛腿的张开和闭合,从而实现抓取功能。这项研究不仅获得了2023年搞笑诺贝尔奖的机械工程奖,还展示了其在环保和材料获取方面的优势。

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。

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