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蜘蛛死后为何“抱紧自己”?答案竟催生了一个新的机器人领域

故事始于美国莱斯大学一间实验室的走廊。研究员法耶·雅普(Faye Yap)注意到墙角有一只蜷缩死去的蜘蛛,一个简单的问题在她脑中闪过:“为什么蜘蛛死后腿会缩起来?” 。

这个问题,最终不仅得到了解答,还意外地开创了一个名为“死灵机器人学”(Necrobotics)的全新研究方向。他们后续的研究证明,只需向死蜘蛛体内注入一股微风,就能让它的八条腿重新伸展,变成一个功能完备的机械抓手。

要理解这一点,我们首先需要知道蜘蛛的腿部构造,它有点独特。

包括人类和昆虫在内的大多数动物,肢体的运动依赖于成对的“拮抗肌”:屈肌(Flexor)负责收缩弯曲关节,伸肌(Extensor)则负责伸直关节 。

这就像我们的肱二头肌和肱三头肌,一个收缩,另一个就舒张,协同工作以实现手臂的精确控制。

但,蜘蛛就不太一样:在它们腿部最关键的几个关节处,根本没有伸肌 。它们只有将腿向内拉拽的屈肌。

问题来了,如果没有肌肉把腿向外推,蜘蛛是如何实现奔跑、攀爬甚至跳跃的?

答案是,蜘蛛将自己的身体变成了一台高效的液压发动机 。

蜘蛛的身体里充满了一种类似血液的液体,称为“血淋巴”(Hemolymph)。它的所有腿都连接在身体前半部分的“头胸部”(Cephalothorax)上,这里就像是整个系统的中央泵房 。

当蜘蛛需要伸腿时,头胸部的肌肉会收缩,给体内的血淋巴迅速加压。这股高压液体随即被泵入腿中,像给轮胎充气一样,将腿部关节强行“顶”开,从而实现伸展 。

这个系统极其强大,一只跳蛛在起跳瞬间,可以将腿部压力提升至静止时的十倍以上,从而将自己弹射到数十倍于身长的高度[1]。

所以说,蜘蛛的每一个动作,都是强大的屈肌(持续向内拉)与体内的液压(持续向外推)之间动态平衡的结果。

那么当它死亡时,一切就变得顺理成章。

当它心脏停止跳动,头胸部的“液压泵”也随之停工 。那个将腿部向外推的动力瞬间消失,此时作用在腿上的力量只剩下一种——来自屈肌的、不间断的收缩力 。

于是,在没有任何力量对抗的情况下,八条腿不可避免地向内蜷缩,回归到它们纯粹的机械默认状态。

至于为什么大多数情况下,背部着地,这是因为蜘蛛的重心集中在沉重的身体上,活着时伸展的八条腿提供了宽阔的支撑面。一旦死亡导致腿部内卷,支撑基础急剧缩小,这个“头重脚轻”的结构便很容易在重力作用下翻倒,最终以最稳定的姿态,也就是背部着地。

2022年,莱斯大学的团队正是洞悉了这一机械原理,才意识到蜘蛛的身体在死后依然是一个可控的工程结构[2]。

他们用一根针向死去的狼蛛头胸部注入少量空气,成功模拟了消失的液压。

结果,这个“死灵抓手”能够稳定地举起超过其自身体重130%的物体,并且在经历上千次开合循环后依然相当稳健 。

参考

^https://en.wikipedia.org/wiki/Arachnid_locomotion

^https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202201174

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  • 原文链接https://page.om.qq.com/page/OlVKjRexEVEy0qx5VY5bLw1w0
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