机器人模拟的远古鱼类栩栩如生 揭示它们在陆地上的第一步

探索从水到陆的过渡

从水到陆地的转变是地球历史上最重要的里程碑之一。 今天，一个由机器人专家、古生物学家和生物学家组成的团队正在利用机器人研究现代陆地动物的祖先是如何在大约3.9亿年前实现从游泳到行走的转变的。

剑桥大学的研究人员在今天（10月23日）发表在《科学机器人》（Science Robotics）上的一项研究中解释了"古启发机器人技术"如何为探索古代鱼类的胸鳍和盆鳍如何进化到在陆地上承受重量提供了一种很有前景的方法。

第一作者、剑桥大学工程系的迈克尔-石田（Michael Ishida）博士说："由于化石证据有限，我们对远古生命如何向陆地过渡的了解并不全面。古生物学家通过研究古代化石来寻找有关髋关节和骨盆关节结构的线索，但我们仅从化石中了解到的东西是有限的。 这正是机器人的用武之地，它可以帮助我们填补研究空白，尤其是在研究脊椎动物移动方式的重大转变时。"

对生命的研究（古生物学和生物学）和对人工生命的研究（生物启发机器人学和古生物启发机器人学）提供了有关动物进化的互补知识。 资料来源：剑桥大学

石田是剑桥大学生物启发机器人实验室的成员，该实验室由论文资深作者饭田文弥教授领导。 该团队正在为各种应用开发节能机器人，其灵感来自动物和人类高效的移动方式。

在人类前沿科学计划（Human Frontier Science Program）的资助下，该团队正在开发古生物启发机器人，部分灵感来自现代的"步行鱼"（如弹涂鱼）和已灭绝鱼类的化石。石田说："在实验室里，我们无法让活鱼以不同的方式行走，当然也无法让化石移动，因此我们使用机器人来模拟它们的解剖和行为。"

研究小组正在制造古代鱼类骨骼的机器人模拟体，并配有模仿肌肉和韧带的机械关节。 一旦完成，研究小组将在这些机器人上进行实验，以确定这些远古生物可能是如何移动的。

石田说："我们想知道不同的行走方式需要多少能量，或者哪种运动最有效率。这些数据有助于证实或质疑有关这些早期动物如何进化的现有理论。"

该领域最大的挑战之一是缺乏全面的化石记录。 地球历史上这一时期的许多远古物种只能从部分骨骼中得知，因此很难重建它们的全部活动范围。

石田说："在某些情况下，我们只是在猜测某些骨骼是如何连接或运作的。这就是机器人如此有用的原因--它们帮助我们确认这些猜测，并提供新的证据来支持或反驳它们。"

虽然机器人通常用于研究活体动物的运动，但很少有研究小组用它们来研究已灭绝的物种。石田说："只有少数几个研究小组在做这类工作。但我们认为这是天作之合--机器人可以让我们深入了解远古动物，而这是我们无法仅从化石或现代物种中获得的。"

研究小组希望他们的工作能够鼓励其他研究人员探索机器人技术的潜力，以研究早已灭绝的动物的生物力学。石田说："我们正试图打通化石证据与现实世界力学之间的联系。在这一研究领域，计算机模型显然是非常重要的，但由于机器人是与真实世界互动的，它们可以帮助我们检验关于这些生物如何移动的理论，甚至是它们为什么以这种方式移动的理论。"

该团队目前正处于制造古生物机器人的早期阶段，但他们希望在明年内取得一些成果。 研究人员说，他们希望他们的机器人模型不仅能加深对生物进化的理解，还能为工程师和其他领域的研究人员开辟新的合作途径。

编译自/SciTechDaily