这些死去的蜘蛛,被科学家改造成机器人抓手

▎药明康德内容团队编辑

这些可怜的蜘蛛,在死后躯体被科学家操控,摇身一变成为人类的趁手工具,还成了一篇研究论文的主角……

在《先进科学》(Advanced Science)杂志的一项近期研究中,美国莱斯大学的科学家将死去的蜘蛛改造成能完成抓握任务的工具,实现打造“尸体机器人”(necrobotics)的重要一步。

“死去的蜘蛛拥有完美的抓握结构,可以用来制作小型的天然抓手。”这项研究的领导者,莱斯大学的Daniel Preston教授表示。

▲论文通讯作者Daniel Preston教授(左)与第一作者Faye Yap(右)(图片来源:Brandon Martin/Rice University)

不知道你是否注意过,蜘蛛死亡以后,腿部会向内侧弯曲。对于这个与哺乳动物截然不同的现象,研究团队产生了好奇,这也成为这项研究的起点。

很快,研究团队找到了答案。在人类和其他哺乳动物中,存在一对主动肌和拮抗肌:主动肌收缩时,位于相反一侧的拮抗肌会同时松弛、伸长。例如,当你屈臂展示肌肉时,肱二头肌和肱三头肌就构成了这样的关系。

但蜘蛛只拥有屈肌,也就是让腿部弯曲的肌肉。那么,它们的腿是如何伸展、张开的?答案是一套独特的液压系统。

在蜘蛛的前体(头胸部)有一个液压腔室:腔室收缩时压力增加,血液被泵入腿部,这样它们的腿就能张开;相反,压力得到释放时,腿部重新收缩。蜘蛛死后,它们无法再自主完成这个液压过程,因此腿部也就保持弯曲了。

揭开这个机制后,研究团队提出了脑洞大开的想法:既然蜘蛛的结构条件很适合抓取物体,它们在死后欠缺的只是动力,那如果能人为施加液压作用,或许就可以让蜘蛛的腿重新动起来了!

因此,研究团队开始了对蜘蛛的改造。他们选取的研究对象是狼蛛,而改造方法其实很简单:将注射器的针头一端插入腔室,并且用强力胶水固定。这样,只要注入一点空气、增加腔室的压力,蜘蛛的腿就瞬间张开了;相反,抽出空气则能让腿再次收回。

▲改造蜘蛛示意图(图片来源:Preston Innovation Laboratory/Rice University)

改造完成后,研究团队对每只“蜘蛛机器人”进行了1000次开启-闭合循环测试,结果显示其相当牢固:直到接近1000次循环时,才开始出现一些磨损。研究人员认为,这可能与关节的脱水相关。因此,将来或许可以通过添加聚合物涂层来避免磨损。

这些机器人抓手的抓握效果同样出色。测试显示,它们能举起超过自身体重1.3倍的物体。研究人员通过对注射器的操作,能够让蜘蛛移动物体,甚至是举起另一只同伴。他们还注意到,较小的蜘蛛能举起相较于自身体重更多倍的物体。未来的研究将在比狼蛛更小的蜘蛛上检验这一规律。

▲用改造后的蜘蛛机器人抓取物体,更多GIF图见文末(图片来源:Preston Innovation Laboratory/Rice University)

在研究人员看来,这些“蜘蛛机器人”有着广泛的应用前景,例如执行一系列重复性的拾放任务,给合适大小的物体分类、移动物体,甚至用于微电子组装。此外,这些拥有天然伪装的机器人抓手,还能在自然界中抓取小型昆虫。

不过话说回来,昆虫看到狼蛛难道不会被吓得四处逃散吗,而是会乖乖就范吗……

分割线:以下为“蜘蛛机器人”的抓握GIF图,不喜欢狼蛛的读者朋友慎入。

▲机器人抓手抓起另一只狼蛛(图片来源:Preston Innovation Laboratory/Rice University)

▲机器人抓手可以拾起电路元件,或可用于微电子组装(图片来源:Preston Innovation Laboratory/Rice University)

▲用机器人抓手转移物体(图片来源:Preston Innovation Laboratory/Rice University)

参考资料:

[2] Rice engineers get a grip with ‘necrobotic’ spiders. Retrieved Aug 4th, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/960951

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posted on 2022-09-28  admin  阅读量:

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