機器之心報道

機器之心編輯部

「復活」一個死去的蜘蛛用來干活，讓人細思恐極的研究。

自然界給機器人研發帶來很多靈感，仿生機器人層出不窮。但用真實動物身體做組件的機器人，你見過嗎？

如下圖所示，一只死去的蜘蛛正被用作機械抓手，撿起比它自身更重的物體：

這是一項來自美國萊斯大學的研究，論文發表在 Advanced Science 上：

‍

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

我們知道，蜘蛛的負重能力是非常強大的，它們可以承載大于自身重量的物體。但人們想制造一個功能類似的機器人是極為困難的。萊斯大學的這項研究直接利用了蜘蛛本身的優勢。

活體蜘蛛通過調整血壓來控制四肢，較高的壓力會使肢體伸展，當體內的血壓降低時，由于缺乏血壓來平衡屈肌的力量，肢體就會卷曲，蜷縮起來。

研究者認為可以借助這一原理驅動一只死蜘蛛的肢體。他們把注射型針頭插在蜘蛛的尸體上，向內注入一些空氣，蜘蛛所有的腿就會膨脹并伸直，進而控制死蜘蛛的肢體伸縮：

‍ 我們來看看這個「蜘蛛抓手」都能做什么，抓起另一只蜘蛛：

操縱電路板：

在這項工作中，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動器（如圖 1），研究人員表示這是邁向 necrobotics 研究領域的第一步。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中尋找設計理念，隨后在復雜的工程系統中實施。這項研究也不同于生物混合系統，不需要用活的或活性的生物材料作為基礎，因此不需要精細的維護。

該研究利用蜘蛛的尸體來創建氣動驅動抓手，只需一個簡單的組裝步驟即可實現全部功能，這能夠規避制造流體驅動設備的繁瑣步驟。

例如，PneuNet 抓手通常需要 3D 打印模具、需要鑄造和組裝多個不同組件，以及需要數小時或數天才能固化的彈性體，比較繁瑣。而該研究利用蜘蛛尸體實現的氣動抓手可以舉起 1.3 倍于自身重量的物體，產生 0.35 mN 的峰值夾持力，并且可以承受約 700 次驅動循環。

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）。從插入針頭到設置膠水以創建一個完全可操作的抓手，大約十分鐘內即可完成。

蜘蛛通過主動收縮前體中的肌肉來伸展每條腿，以增加其內部液壓。對于蜘蛛抓手，外部氣動壓力源取代了蜘蛛中自有的調節作用，當蜘蛛內的壓力增加到大氣壓力以上時，驅動四肢（圖 1c）。加壓和減壓分別導致蜘蛛的所有腿同時打開和關閉，有效地充當抓手。

下圖展示了蜘蛛抓手的力與位移表征：

論文作者之一 Faye Yap 說這項研究的靈感來源于生活中的觀察：「有一天我們在實驗室里移動東西時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蜷縮起來。」

Faye Yap

他們搜索百科知識找到了答案：蜘蛛沒有對抗性肌肉對（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給身體加壓的能力，因此會蜷縮起來。

Yap 和其他研究成員覺得這很有趣，于是他們試圖找到一種方法來利用這種機制。

值得注意的是，較小的蜘蛛承受負載的能力可能比較大的蜘蛛更強。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，蜘蛛在這項研究中也不是全程沒有受到傷害。研究者表示：「目前沒有關于蜘蛛的道德采購和人道安樂死的明確指導方針。」該研究所用的狼蛛尸體是通過將其置于冰凍溫度（約 - 4°C）下 5-7 天安樂死獲得的。