蜘蛛死後 變成抓娃娃機 抓起一隻更大的死蜘蛛
來源:倍可親(backchina.com)一隻死蜘蛛慢慢下降,然後,突然它「復活」了——張開八條長腿,緊緊抓住另一隻死蜘蛛。
可以抓起,也能放下 | 參考資料[1]
這不是什麼萬聖節限定的死亡抓娃娃機,而是一種新型的機器人,不過取材原料比較特殊——是蜘蛛屍體。
操控蜘蛛屍體的方法並不難,你只需把一根針頭刺進蜘蛛的身體,往它體內打入空氣,原本蜷縮起來的死蜘蛛就能向外伸展腿部。而當蜘蛛體內的壓力被釋放時,它的腿就會閉合,從而抓住目標物體。
這個死蜘蛛版本的抓娃娃機,出自美國萊斯大學機械工程系的研究團隊。團隊的負責人、機械工程系助理教授丹尼爾·普雷斯頓(Daniel Preston)表示,這是第一次把一隻完整的動物拿來做機器人。
今年九月,他們的這個研究還獲得了搞笑諾貝爾獎的機械工程獎。
2023年搞笑諾貝爾獎 - 機械工程獎 | Ig Nobel Prize
死蜘蛛:為什麼是我?
「我們可以理解很多人看到蜘蛛時會感到不舒服,但從工程學的角度來看,蜘蛛的運動機制非常有趣,」萊斯大學機械工程博士生葉德菲(Te Faye Yap)說道。
她對死蜘蛛的研究始於2019年,那時候萊斯大學普雷斯頓創新實驗室剛成立不久。在實驗室里收拾東西的時候,葉德菲注意到走廊邊上躺著一隻縮成一團的死蜘蛛。她和同事都很好奇,為什麼蜘蛛死掉的時候腿都是蜷縮起來呢?
於是,大家立刻在網上查閱資料,發現原來「蜘蛛不像人類那樣有肱二頭肌和肱三頭肌的對抗肌組合,」 葉德菲說道。「它們只有屈肌,可以讓腿向內捲曲,並通過液壓讓腿向外伸展。當它們死掉的時候,它們失去了主動給身體加壓的能力。這就是它們蜷縮起來的原因。」
「這太有趣了!我們希望能找到一種利用這種機制的方法,」 葉德菲說道。
如何「復活」死蜘蛛?
——給它打氣
了解完蜘蛛死亡蜷縮的原因,大家又有了一個新的疑問——能否使用壓縮空氣來重新控制死蜘蛛的腿?
就這樣,他們拿起了蜘蛛屍體。用到的實驗材料除了蜘蛛屍體,還有注射器和強力膠。研究人員先把針頭刺進蜘蛛的頭胸部,然後用一點點強力膠封住針頭周圍的縫隙。再連接好針筒,研究人員就能通過注射器對蜘蛛的液壓腔室進行加壓。
把注射器的針頭插進蜘蛛的頭胸部,再滴一點膠水 | 參考資料[1]
往裡打點空氣加壓,死蜘蛛的腿就會被立即激活,向外張開。而一減壓,腿在屈肌的作用下自然地就收縮閉合了。
通過針筒控制蜘蛛體內的液壓 | 參考資料[1]
蜘蛛等無脊椎動物體內有血淋巴,這和脊椎動物體內的血液類似。血淋巴就像一個液壓系統,在注入空氣時,血淋巴會被加壓,進而導致蜘蛛腿部關節上的壓力也隨之增加。研究人員還發現,蜘蛛在死後1小時、甚至是死了7天後,它體內的血淋巴化學組成都不會有顯著變化。
實驗中,為了觀察蜘蛛腿的耐受力,有一隻死蜘蛛開腿關腿了近1000次,相當皮實。到後面,它的腿部關節才開始出現一些磨損。「我們認為這與關節脫水有關,可以通過塗抹聚合物塗層來解決這個問題。」 普雷斯頓說道。
實驗發現,沒有任何塗層的蜘蛛屍體只能當兩天的抓娃娃機,而塗有蜂蠟的蜘蛛屍體則能有效防止脫水,「壽命」更長。研究人員表示,之後將對不同的塗層材料做進一步的研究。
蜘蛛腿部關節細節 | 參考資料[1]
死掉的蜘蛛雖然可以不停地張腿、閉腿,但它並沒有真的被複活,也沒有變成殭屍。普雷斯頓表示:「我們確信它是無生命的。」
抓起比自己還重的大蜘蛛
在實驗中,死蜘蛛能夠抓取幾種不同的物體,例如能移除麵包板上的跳線以斷開LED,能拿起一塊染成紅色的聚氨酯泡沫,甚至能抓起另一隻體重是它1.3倍的大蜘蛛。
抓走麵包板上的跳線 | 參考資料[1]
於是,研究人員又想到,不同大小的蜘蛛是不是有不同的抓握力?
通過研究不同體型的蜘蛛,他們發現,小蜘蛛(10毫克的跳蛛)可以施加其體重兩倍的抓握力,而更大的蜘蛛(例如大約200克重的歌利亞食鳥蛛)則只能抓住其體重10%的東西——不過,算起來也有20克呢!
分析不同大小的蜘蛛的抓握力 | 參考資料[1]
更環保,更方便
研究人員給這個具有開創性的研究領域取名為Necrobotics,其中Necro表示屍體或死亡,而robotics是機器人、機器人學的意思。
這一領域的研究可以為非常小的物體製造可生物降解的夾具。和其他機器人部件相比,它們更加環保,不會產生電子垃圾。
由蜘蛛屍體做成的夾具 | Preston Innovation Lab
軟體機器人技術,是普雷斯頓實驗室的研究重點。傳統的剛機器人的設計和製造,通常需要複雜而繁瑣的過程,而軟體機器人能省去其中一些複雜的製造要求。死蜘蛛機器抓手就更方便了。「我們不需要從頭開始製造這種氣動驅動的抓手,只需要利用自然,」 普雷斯頓說道。
除了環保,蜘蛛的數量也很多,因此對研究人員來說取材很方便。不幸的是,研究人員表示他們目前還無法保證在實驗過程中沒有蜘蛛受到傷害。研究中用到的蜘蛛屍體是通過安樂死(把它們放在大概-4°C環境中冷凍5~7天)獲得的。已有的研究文獻並沒有如何遵循道德和人道主義來採購、安樂死蜘蛛的明確指導。
去年七月,該研究發表於《先進科學》(Advanced Science) | 參考資料[1]
在過去一年裡,經過更進一步的研究,研究人員控制蜘蛛屍體的能力變得更精確了——可以只驅動它身上的某一條腿,而不是全部的八條腿。