自然界給機(jī)器人研發(fā)帶來很多靈感，仿生機(jī)器人層出不窮。但用真實(shí)動(dòng)物身體做組件的機(jī)器人，你見過嗎？

如下圖所示，一只死去的蜘蛛正被用作機(jī)械抓手，撿起比它自身更重的物體：

這是一項(xiàng)來自美國萊斯大學(xué)的研究，論文發(fā)表在 Advanced Science 上：

論文地址：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202201174

我們知道，蜘蛛的負(fù)重能力是非常強(qiáng)大的，它們可以承載大于自身重量的物體。但人們想制造一個(gè)功能類似的機(jī)器人是極為困難的。萊斯大學(xué)的這項(xiàng)研究直接利用了蜘蛛本身的優(yōu)勢(shì)。

活體蜘蛛通過調(diào)整血壓來控制四肢，較高的壓力會(huì)使肢體伸展，當(dāng)體內(nèi)的血壓降低時(shí)，由于缺乏血壓來平衡屈肌的力量，肢體就會(huì)卷曲，蜷縮起來。

研究者認(rèn)為可以借助這一原理驅(qū)動(dòng)一只死蜘蛛的肢體。他們把注射型針頭插在蜘蛛的尸體上，向內(nèi)注入一些空氣，蜘蛛所有的腿就會(huì)膨脹并伸直，進(jìn)而控制死蜘蛛的肢體伸縮：

我們來看看這個(gè)「蜘蛛抓手」都能做什么，抓起另一只蜘蛛：

操縱電路板：

在這項(xiàng)工作中，研究者使用無生命生物（死蜘蛛，狼蛛）的完整身體作為生物驅(qū)動(dòng)器（如圖 1），研究人員表示這是邁向 necrobotics 研究領(lǐng)域的第一步。該研究的策略與仿生方法不同，在仿生方法中，研究人員從蜘蛛的物理形態(tài)中尋找設(shè)計(jì)理念，隨后在復(fù)雜的工程系統(tǒng)中實(shí)施。這項(xiàng)研究也不同于生物混合系統(tǒng)，不需要用活的或活性的生物材料作為基礎(chǔ)，因此不需要精細(xì)的維護(hù)。

該研究利用蜘蛛的尸體來創(chuàng)建氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)抓手，只需一個(gè)簡(jiǎn)單的組裝步驟即可實(shí)現(xiàn)全部功能，這能夠規(guī)避制造流體驅(qū)動(dòng)設(shè)備的繁瑣步驟。

例如，PneuNet 抓手通常需要 3D 打印模具、需要鑄造和組裝多個(gè)不同組件，以及需要數(shù)小時(shí)或數(shù)天才能固化的彈性體，比較繁瑣。而該研究利用蜘蛛尸體實(shí)現(xiàn)的氣動(dòng)抓手可以舉起 1.3 倍于自身重量的物體，產(chǎn)生 0.35 mN 的峰值夾持力，并且可以承受約 700 次驅(qū)動(dòng)循環(huán)。

研究者制作蜘蛛抓手的過程大致如下：將針頭插入蜘蛛尸體的前體區(qū)域，并用膠水將針頭固定在蜘蛛的身體上以形成密封（圖 1b）。從插入針頭到設(shè)置膠水以創(chuàng)建一個(gè)完全可操作的抓手，大約十分鐘內(nèi)即可完成。

蜘蛛通過主動(dòng)收縮前體中的肌肉來伸展每條腿，以增加其內(nèi)部液壓。對(duì)于蜘蛛抓手，外部氣動(dòng)壓力源取代了蜘蛛中自有的調(diào)節(jié)作用，當(dāng)蜘蛛內(nèi)的壓力增加到大氣壓力以上時(shí)，驅(qū)動(dòng)四肢（圖 1c）。加壓和減壓分別導(dǎo)致蜘蛛的所有腿同時(shí)打開和關(guān)閉，有效地充當(dāng)抓手。

下圖展示了蜘蛛抓手的力與位移表征：

論文作者之一 Faye Yap 說這項(xiàng)研究的靈感來源于生活中的觀察：「有一天我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里移動(dòng)?xùn)|西時(shí)注意到走廊邊緣有一只蜷縮的蜘蛛，我們就很好奇為什么蜘蛛死后會(huì)蜷縮起來?！?/span>

Faye Yap

他們搜索百科知識(shí)找到了答案：蜘蛛沒有對(duì)抗性肌肉對(duì)（例如人類的二頭肌和三頭肌一樣），它們只有屈肌，可以讓他們的腿彎曲，并通過液壓向外伸展。它們死后就失去了主動(dòng)給身體加壓的能力，因此會(huì)蜷縮起來。

Yap 和其他研究成員覺得這很有趣，于是他們?cè)噲D找到一種方法來利用這種機(jī)制。

值得注意的是，較小的蜘蛛承受負(fù)載的能力可能比較大的蜘蛛更強(qiáng)。例如，10 毫克的小型跳蛛可以施加超過其體重 200% 的抓握力，而 200 克巨型蜘蛛的抓握力可能只有自身體重的 10%。

不過，蜘蛛在這項(xiàng)研究中也不是全程沒有受到傷害。研究者表示：「目前沒有關(guān)于蜘蛛的道德采購和人道安樂死的明確指導(dǎo)方針?！乖撗芯克玫睦侵胧w是通過將其置于冰凍溫度（約 - 4°C）下 5-7 天安樂死獲得的。