北京時(shí)間5月15日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，我們知道蜘蛛是一種安靜的“八腿怪物”，它們會潛伏在獵物周圍，使用蜘蛛網(wǎng)和毒液捕獲獵物。但事實(shí)上45萬種蛛形綱生物中，13%物種是通過跳躍發(fā)動攻擊，它們悄然接近獵物，然后像一只“八腿老虎”，突然躍起撲向獵物。頗似科幻電影《哈利波特》中的八眼巨蛛——“阿拉戈克（Aragog）”。
可怕的是，這些蜘蛛跳躍方式值得深入研究，它們能從靜止?fàn)顟B(tài)突然跳躍，跳躍距離達(dá)到身體長度的6倍（相比之下，人類跳躍距離僅能達(dá)到身體長度1.5倍），并且躍起時(shí)能夠攜帶身體重量5倍的獵物。如果將這些特殊生理機(jī)制轉(zhuǎn)化為機(jī)械設(shè)計(jì)方案，將對我們最新研制的機(jī)器人帶來設(shè)計(jì)革命，但同時(shí)我們需要考慮到這些智能機(jī)器人對人類的潛在威脅。
英國曼徹斯特大學(xué)研究小組進(jìn)行了一項(xiàng)研究，它們訓(xùn)練了一只名為“金姆（Kim）”的帝王跳蛛（菲蛛屬物種），它在跨越障礙跳躍訓(xùn)練中跳躍了不同距離，期間一臺超高速攝像機(jī)記錄了它的跳躍過程。這項(xiàng)最新發(fā)現(xiàn)發(fā)表在近日出版的《科學(xué)報(bào)告》上，更加詳細(xì)地研究了該物種和其它蜘蛛物種的跳躍機(jī)制。
最新研究報(bào)告作者、曼徹斯特大學(xué)古生物學(xué)家拉塞爾·加伍德（Russell Garwood）說：“對于該物種的一個(gè)關(guān)鍵性發(fā)現(xiàn)是短距離跳躍傾向于使用低角度軌跡，這樣減少了空中躍起時(shí)間，這種類型的跳躍，通常在空中躍起時(shí)間大約30毫米，具有更快、更優(yōu)化的跳躍速度，并且具有一定的精確度。”
相比之下，遠(yuǎn)距離跳躍（距離超過60毫米）則使用更陡的起跳角度優(yōu)化空中躍起時(shí)間，可使蜘蛛跳躍更遠(yuǎn)的距離，同時(shí)減少了能量消耗。加伍德說：“因此蜘蛛的跳躍行為差異取決于跳躍性質(zhì)。”
與其它蛛形綱和無脊椎節(jié)肢動物相比，跳蛛具有非常敏銳的視覺能力，頭部前端有4只大眼睛，頭部頂端有4只小眼睛。這種視覺很可能使蜘蛛有效地可以測量距離，并確定遠(yuǎn)距離和近距離所需要的合適時(shí)間和角度，但這并不意味著這些蜘蛛能夠看到很遠(yuǎn)的位置。在實(shí)驗(yàn)中“金姆”的跳躍最大距離是60毫米，它拒絕跳躍更遠(yuǎn)的距離，很可能并非是它不會跳至更遠(yuǎn)距離，而是自己的視力所導(dǎo)致的。
研究人員從當(dāng)?shù)貙櫸锷痰昀镔徺I了幾只帝王跳蛛，對它們進(jìn)行訓(xùn)練，但是僅有“金姆”能夠接受這項(xiàng)訓(xùn)練，這只蜘蛛重量150克，體長15毫米。加伍德說：“客觀地講，我是非常幸運(yùn)的，這項(xiàng)研究主要是靠運(yùn)氣完成的，我們必須使用相機(jī)非常努力地捕捉鏡頭才行。”
研究人員注意到，帝王跳蛛似乎是利用急性肌肉收縮來實(shí)現(xiàn)跳躍，而不像其它節(jié)肢動物那樣，在類似彈弓機(jī)制中使用存儲的能量。加伍德說：“問題的關(guān)鍵在于我們希望識別跳蛛的這種跳躍機(jī)制原理，分析該蜘蛛物種是否使用液壓方式促使肌肉變得更加強(qiáng)大，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)倍身體長度的跳躍距離。”
蜘蛛使用血淋巴壓力（haemolymph pressure）延伸它們的腿部，血淋巴相當(dāng)于蛛形綱動物的血液。最初人們認(rèn)為，血淋巴液壓力能夠與腿部肌肉力量結(jié)合在一起，從而實(shí)現(xiàn)“金姆”的上升跳躍，而并非僅是橫向或者下行跳躍。
加伍德說：“令人遺憾的是，我們?nèi)詿o法確定這一點(diǎn)。”基于對帝王跳蛛的跳躍觀測，以及三維CT掃描獲得的腿部生理數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)跳躍很可能取決于腿部肌肉質(zhì)量。血淋巴形成的液壓力對蜘蛛跳躍產(chǎn)生促進(jìn)作用，但它并不是一個(gè)重要特征，我們希望未來的研究中能夠進(jìn)一步闡明解釋。
如果這種物理跳躍可以復(fù)制到飛行機(jī)器人或者跳躍機(jī)器人，它將有助于解決多數(shù)機(jī)器人在地面上的生物力學(xué)限制。也就是說，這將是一項(xiàng)技術(shù)突破，可使機(jī)器人平衡性能更好，擁有充足動力跳躍至更遠(yuǎn)距離，或許這將開啟一個(gè)微型機(jī)器人的新紀(jì)元。
事實(shí)上，這支研究小組使用“金姆”三維CT掃描，構(gòu)建了一個(gè)蜘蛛腿部和身體結(jié)構(gòu)的比例模型，并結(jié)合跳躍機(jī)制。但令人遺憾的是，這個(gè)比例模型蜘蛛在跳躍測試時(shí)發(fā)生了爆炸，這說明我們?nèi)圆簧瞄L研發(fā)可操作的電子設(shè)備，我們還需要更多的研究數(shù)據(jù)，進(jìn)而證實(shí)蜘蛛和其它小型生物如何靈活地控制它們的跳躍和移動時(shí)產(chǎn)生的作用力。
如果人們生活的環(huán)境布滿大量小型跳躍蜘蛛機(jī)器人，你或許會認(rèn)為這個(gè)關(guān)鍵性研究項(xiàng)目或許帶給人們的是災(zāi)難，某些新型機(jī)器人技術(shù)可帶來技術(shù)創(chuàng)新，但同時(shí)也是一把雙刃劍，或許未來智能機(jī)器人將成為人類生存的一個(gè)重要威脅。
