地球上的生命起源于海洋。然而,从大约 3.9 亿年前开始,现代陆地动物的祖先从水中升起,用鳍换取四肢,用鳃换肺。这是当今地球上所有生物(包括人类)进化的关键转变。
现在,一个由机器人学家、古生物学家和生物学家组成的团队正在使用受现存和已灭绝动物启发的机器人来阐明这一转变和其他关键的进化转变。他们在该杂志上发表的一篇评论文章中详细介绍了他们的工作科学机器人上个星期。
“构建机器人......希望能让我们了解什么样的进化压力或什么样的机制开始迫使鱼类发展出这些在陆地上有用的不同解剖结构,“文章合著者石田迈克尔,英国剑桥大学仿生机器人实验室的机器人专家告诉监护人的尼古拉·戴维斯 (Nicola Davis)。
来自水到陆地转变的化石证据有限,并且不允许研究人员测试髋关节和骨盆关节的运动,而髋关节和骨盆关节是身体中对脊椎动物运动至关重要的部位。因此,该团队正试图通过构建具有机械关节、肌肉和韧带的节能捕鱼机器人来填补这些知识空白。他们的机器的灵感来自现有的“行走的鱼”的解剖结构,如弹涂鱼,以及已灭绝鱼类的化石。
研究人员希望了解这些生物以特定模式行走所需的能量,目的是确定哪些动作最有效,从而可能引领海洋动物进化到在陆地上行走。
“在实验室里,我们不能让活着的鱼以不同的方式行走,我们当然也不能让化石移动,所以我们用机器人来模拟它们的解剖结构和行为,”Ishida 在陈述来自剑桥大学。
保罗·斯马格利克 (Paul Smaglik) 为发现杂志.然后,该团队将已灭绝的动物与近亲进行匹配,并使用视频和计算机视觉技术将现代动物的运动转化为数学表示。
最后,他们结合了已灭绝物种和现存物种的知识,构建了一个简单的机器人,它使用杆、弹簧和阻尼器等部件,而不是骨骼、肉和软骨。
“在某些情况下,我们只是在猜测某些骨骼是如何连接或发挥作用的,”石田在声明中说。“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。”
对于那些想知道为什么科学家不只使用计算机模拟的人,他们解释说这是因为机器人可以放置在具有地形(例如沙子或泥浆)的真实环境中,而在模型中进行模拟会很复杂。监护人.然后,该团队可以让机器人进行实验,以了解进化压力和优势。
“机器人专家可以在一天内测试数百万年进化的影响,”Ishida 解释说发现.科学家还可以对代码进行细微的调整,或者在几分钟内打印出机器人的新部件 - 这些更改在真实动物中需要数千年的时间。
“如果建造一个机器人来了解巨型恐龙是如何走路和移动的,那将是令人着迷的。但特别让我兴奋的是,使用机器人研究主要进化转变的潜力。史蒂夫·布鲁萨特没有参与该报告的爱丁堡大学古生物学家告诉监护人.“这些机器人可以帮助我们检验关于生命历史的假设。”
该团队仍处于机器人构建的早期阶段,除了从水到陆地的过渡外,他们还希望最终研究飞行的进化以及一些动物如何过渡到用两条腿行走。
然而,他们不仅仅是在回顾过去。类似的机器人可以提供对进化变化他们是发生在今天的动物身上——由于人类活动和气候变化等压力——想象物种未来会是什么样子。