科學家研究出了「死靈蜘蛛」機器人，能夠抓走同類

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  新智元報道  

編輯：拉燕 桃子 好困

原標題《亡蛛復活！「死靈機器人」竟抓走了同類》

【新智元導讀】見過「死靈機器人」嗎？近日，萊斯大學的科學家就研究出了「死靈蜘蛛」，能夠抓取同類，簡直讓人皮發毛。

死而復生的蜘蛛，變成了「死靈機器人」。

看過《異星災變》的，一定會立刻想到那個令人恐懼的喚靈者。

但此死靈機器人非彼。

它號稱蛛界的「舉重冠軍」！

不僅能夠拿起不規則物體，比如電子零部件。

還能將同伴輕而易舉地舉起。

好奇怪，再看一眼[doge]

這項研究便是萊斯大學科學家的最新發現。

只需要一根針和一些空氣，就能讓狼蛛機器人舉起其體重130%的物體。

最重要的是，它可以承受近1000次的開合循環。

目前，最新研究成果已發表在Advanced Science上。

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

這究竟是如何實現的呢？

如何制作一只「僵尸蜘蛛」

說來也簡單，整體就兩步：

第一步安樂死，第二步插入針管后封口。

為了開始研究，合適的蜘蛛尸體必不可少。

研究人員將一只狼蛛暴露在冷凍溫度（約-4℃）下5~7天，獲得了理想的樣本。

同時用電子顯微鏡掃描了狼蛛髕骨股關節的圖像，具體地展現了關節膜的樣子。

這進一步給研究人員提供了靈感。

接下來，制作一個壞死的機械手只需要一個簡單的步驟：

那就是將針頭插入已死亡狼蛛的前肢區域，然后用膠水將針頭固定在蜘蛛的身體上，最終形成一個密閉的圓圈。

神奇的事，這里不需要做任何操作，膠水就可以自動落到針頭和狼蛛的接面上去。

這是因為三個階段的能量最小化（the minimization of energy in three phases）。

首先，膠水液滴被注射到針頭的一側，附著在上面，使針頭表面的能量最小化。

第二，膠水沿著針頭向下移動，在重力的作用下接觸到蜘蛛的角質層（或者叫外骨骼）的表面。

最后，當接觸完畢時，膠水液滴會沿著針頭和蜘蛛角質層的接面形成半月形狀的一灘。最終，膠水在固化后就會形成氣密性密封。

如下圖所示，

插入針頭到滴膠水的整個過程，可以在大約10分鐘內完成。由此，研究人員就制得了一個完全可以操作的抓取器。

研究人員在紙上模仿了這種自密封機制。紙張模仿了蜘蛛角質層的特性，又用了相似的針頭插在了紙上。

然后他們用一滴染成了藍色的膠水滴在紙上，成功復現了氣密性密封。

這樣做是為了證明，膠水滴在蜘蛛外骨骼和針的接面上并擴散，確實能達到動態能量最小化。

同時，研究人員還用SEM對蜘蛛上針頭的插入點進行了成像，以顯示針和角質層之間的密封性。

研究人員選擇了蜘蛛的前肢，因為前肢的外骨骼比腹部更加堅硬。

又因為蜘蛛的腿只包含屈肌，在蜘蛛死掉以后，由于缺乏靜水壓力（靜水壓力在蜘蛛活著的時候由前肢的肌肉產生），蜘蛛的腿會向身體彎曲。

最后，在膠水凝固后（該研究使用的是氰基丙烯酸酯膠水，約10分鐘凝固），將注射器連接到皮下注射針頭的魯爾鎖端（Luer lock）。這樣就完成了蜘蛛死體抓取器的制作。

這樣，當沒有壓力施加到機械手上時，蜘蛛尸體的腿部會自然保持向內彎曲。這種狀態被研究人員稱為抓取的「中性狀態」。

而當研究人員通過注射器加入壓力時，腿部就會向外延伸啟動，機械手打開。

是不是很神奇？

這是因為蜘蛛「生前」會通過主動收縮前肢的肌肉來增加內部的液壓，從而把腿伸出來。

而研究人員用蜘蛛尸體做的「機械手」，實際上就是用外部氣壓變化取代了蜘蛛主動地血淋巴壓力調節機制。

總而言之，當蜘蛛內部的壓力比大氣壓高的時候，就會「蹬腿」，反之就會把腿收起來。不管壓力的改變是蜘蛛活著的時候自發的，還是人為進行加減。

上圖則是研究人員測試出的「僵尸蜘蛛」的抓力。通過對比八個不同的抓取壓力結果發現，抓取壓力的增加會導致抓取力的下降。

3年前的偶然，成靈感來源

研究亡蛛軟體機器人的想法可以說是一個偶然。

而且早在3年前便開始了。

2019年，Daniel Preston在賴斯大學機械工程系建立了自己的實驗室后，便開始了這個項目。

論文一作Te Faye Yap稱，當時我們正往實驗室搬東西，便注意到了走廊邊上一直蜷縮的蜘蛛。

這激起了Yap的好奇心，「為什么蜘蛛死后會蜷成一團？」

經過一番調研，答案也浮出水面：

蜘蛛是沒有對抗肌對，就像人類上臂肌肉，比如肱二頭肌和肱三頭肌，而它們只有屈肌。

說白了，蜘蛛本體就缺少能讓腿伸直的伸肌，卻有讓腿彎曲的屈肌。

當蜘蛛需要伸直腿時，得依靠腿部的「液壓系統」。

這個系統就像打針用的注射器一樣，充滿液體時推桿會往外推，使腿伸直。

當蜘蛛死后，它的體液會逐漸流失，腿無法再伸直，就在屈肌的作用下往回縮了。

這太有趣了！萊斯大學成員們靈機一頓，希望找到一種方法來利用這一機制。

Daniel Preston稱，蜘蛛液壓關節使其能夠單獨控制每條腿，而死去的蜘蛛是無法控制這些閥門，這也是未來研究的主題。

因此，這對我們的研究有利，因為亡蛛讓我們可以同時控制所有的腿。

這項看起來很酷又讓人驚悚的項目，研究意義何在？

畢竟做的就是機器人，當然主要的應用還是服務于人類。

比如，讓其挑選放置物體，做重復性任務，小范圍內對物體進行分類和移動，甚至還可以進行微電子組裝等類似的任務。

就比如能操作電路板，關閉LED燈。

另外一個應用便是，讓死靈蜘蛛機器人去捕捉自然界較小的昆蟲，利用其本體就是天然的偽裝高手。

而且，蜘蛛本身就易于生物降解，因此在研究過程中，并不會產生大規模的廢物流。

但是，這個實驗對有些人來說聽起像是一場噩夢，同時也面臨著道德的譴責。

正如Preston稱，軟體機器人這一領域研究非常有趣，因為我們可以使用以前從未開發過的驅動和材料。當前，蜘蛛便是隱藏這一巨大潛力技術的原材料。

作者介紹

論文一作Te Faye Yap目前萊斯大學機械工程的博士研究生，導師便是這次論文通訊作者Daniel Preston教授。

此前，她曾在路易斯安那大學拉菲特分校取得了機器工程學士學位。

Daniel Preston博士在2012年在阿拉巴馬大學獲得了機械工程學士學位，之后分別在2014年和2017年取得了MIT的碩士和博士學位。

目前，他是萊斯大學創新實驗室（PI Lab）的領導者，并在今年5月獲得了NSF職業獎。

大自然本身就做得很好。時至今日，科學借用和「偷取」大自然去進步。

有網友表示，某一天，就會上身人類了吧。

參考資料：

https://news.rice.edu/news/2022/rice-engineers-get-grip-necrobotic-spiders