模仿古代生物的机器人可以重现进化的关键时刻

据《机器人学》杂志上的一份报道，为了重现进化史上的一个关键时刻，即水生动物如何走出海洋，一组科学家正在制造模仿古代生物运动的机器人。

来自剑桥大学的这个科学家团队——包括机器人专家、古生物学家和生物学家——正在进行一场智力时间旅行，以构建这些装置。他们回顾了大约 3.9 亿年前动物的化石，并研究了形状相似的现存动物是如何运动的。通过这样做，他们正在推动机器人学的未来，创造出过去与现在相结合的移动机械装置。

机器人技术与古生物学

将古生物学与计算机建模和机器人技术相结合，可以使科学家重现古代物种的生活方式。

“我们拥有丰富的构建仿生机器人的历史，这有助于研究人员了解当今物种，但我们认为，使用机器人研究已灭绝物种更为关键，因为我们无法观察或测量这些动物是如何移动的，”剑桥团队成员、作者之一 Michael Ishida 表示。“机器人专家可以在一天内测试数百万年进化的影响。”

但是，这需要几个步骤——其中许多涉及来回穿越时间。早期，该团队依靠其古生物学家来确定已灭绝动物的骨骼如何相互排列，肌肉如何连接骨骼，以及各种关节如何协同作用。

接下来，他们研究了目标生物最接近的现存近亲是如何运动的——在这种情况下，是一种在海底“行走”的鱼。

“利用计算机视觉技术，我们可以拍摄鱼类的视频，并将其解剖结构和运动转化为数学表示，”Ishida 说。

在开始建造之前，他们会检查他们的假设。“不可能精确复制动物的每一个特征；即使是用电机替换肌肉，也意味着设计的某些方面是不现实的，”Ishida 说。

接下来，他们开始建造他们所能建造的最简化的已灭绝生物的机器人版本。“我们喜欢从尽可能简单开始，以开始弄清楚我们需要解决的所有问题——在还不清楚自己不知道什么的情况下，从复杂的事情开始是灾难的根源！”Ishida 说。

此外，模型越简单，就越能普遍应用于许多物种。例如，该团队将腿部建模为连杆、弹簧和阻尼器的组合。

最后，他们可以使用机器人来提出实验性问题。“具体到在水中行走的鱼类：我们希望更多地了解古代鱼类陆地行走的进化，”Ishida 说。“是什么进化压力导致这些完全水生的动物发展出能够在陆地上行走的解剖结构？了解当今存在的鱼类在水下行走所带来的优势，可能也有助于我们理解是什么驱动古代鱼类走向水下行走。”

一旦他们建造并观察了这些机械生物，他们就可以在几分钟内进行修改，而这些修改可能需要进化数千年。例如，改变鳍的形状只需要计算机模拟中的几行代码，或者为机器人提供不同的 3D 打印形状。

能够模拟古代动物的运动方式，也能让我们一窥未来。

“我们不仅可以了解创造了当今物种的进化历史，还可以借鉴这些普遍的进化原则，并根据新的进化压力，如气候变化或与人类的互动，来推测未来的物种，”Ishida 说。

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在加入Discover Magazine之前，Paul做了20多年的科学记者，专注于美国生命科学政策和全球科学职业问题。他的职业生涯始于报纸，后来转向科学杂志。他的作品曾出现在《科学新闻》、《科学》、《自然》和《科学美国人》等出版物上。