科學家研究出蜈蚣機器人：身長腿多 能進行各種運動

很多人看到巨大的蜈蚣會嚇得發抖，而美國喬治亞理工學院生物物理學家Daniel Goldman實驗室卻研究出了這些無脊椎動物如何擅長在人腳、沙土、巖石甚至水中歡快地奔走。在最近一次學術會議上，他們報告稱已經研發了一種蜈蚣機器人，有望在田間穿行以清除雜草。

蜈蚣身長腿多，能進行各種運動。這種節肢動物擁有工程師羨慕的“速度、優雅和效率”。盡管如此，它們如何移動尚不清楚。

未參加這項工作的美國弗吉尼亞理工大學生物力學專家Jake Socha表示，該研究表明靈活性使動物有廣泛的行為能力，這些發現揭示了此前未知的蜈蚣運動原理。

Goldman一直以來對蜈蚣很著迷，但分析它們的運動幾乎是不可能的，因為它們有太多的身體節段和腿需要追蹤。他的博士后Yasemin Ozkan-Aydin此前在《科學—機器人》上發表研究，把兩個或三個四足機器人連接在一起時，更長的機器可以跨越更寬的間隙并爬過更大的障礙物。這次，他們共同研究蜈蚣運動。

另一位喬治亞理工學院本科生Eva Erickson研究了蜈蚣如何改變自己的奔跑方式。Erickson利用一個名為DeepLabCut的復雜視頻跟蹤程序發現，六棘盲蜈蚣會改變步態，以適應地形的挑戰。

正常情況下，六棘盲蜈蚣的腿像手指在桌子上敲擊一樣擺動，但有時波的方向會改變。在平面上，波從最后一段開始向前移動。當情況變得“艱難”時，波就會反轉。蜈蚣前腿首先移動以建立立足點，此后每條腿也跟著做，落在與前一條腿完全相同的位置。障礙物越高，蜈蚣越有可能采取這種所謂的逆行運動。

如果蜈蚣掉進水里，它們也可以“游泳”自救。喬治亞理工學院研究生Kelimar Diaz在研究這種行為時，發現蜈蚣會根據環境調整自己的動作。它們通過擺動腿開始“游泳”，但隨后迅速將身體從一側扭轉到另一側，然后向前移動。“身體的波動產生了正確的力量”。

另一名研究生Baxi Chong分析了腿和身體不同的波是如何同步的。為了預測哪種組合效果最好，他使用數學建模技術，該模型產生了大量腿波和體波的組合，之后在一個蜈蚣機器人上進行了測試。

Chong給蜈蚣機器人編程，讓它的腿和身體同步移動。但他很快發現，當兩個波之間存在滯后時，機器人的速度更快。進一步測試顯示，一些組合使機器人向后移動。

Goldman實驗室隨后的研究發現，如果機器人的腿是關節相連的，而且身體各部分柔韌，那么它的工作效果會更好。“柔軟對動物和機器人有很多好處。”Socha說，“又長又瘦的動物可以利用波的組合移動。”

Goldman的新機器人非常靈活，下一步是訓練它們完成實際任務，比如識別和根除雜草。他與杜克大學植物發育生物學家Philip Benfey合作，計劃為該機器人配備人工智能軟件，可以識別出單個雜草。兩人設想機器人可以通過注射除草劑、使用激光或放電來除草。

或許有朝一日，成群結隊的機器蜈蚣將幫助人類完成任務：種植和收獲作物、搬運貨物、監測環境，甚至太空探索。(作者：王方)

關鍵詞： 蜈蚣機器人 清除雜草 監測環境 太空探索