科学家研究出了「死灵蜘蛛」机器人，能够抓走同类

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  新智元报道  

编辑：拉燕 桃子 好困

原标题《亡蛛复活！「死灵机器人」竟抓走了同类》

【新智元导读】见过「死灵机器人」吗？近日，莱斯大学的科学家就研究出了「死灵蜘蛛」，能够抓取同类，简直让人皮发毛。

死而复生的蜘蛛，变成了「死灵机器人」。

看过《异星灾变》的，一定会立刻想到那个令人恐惧的唤灵者。

但此死灵机器人非彼。

它号称蛛界的「举重冠军」！

不仅能够拿起不规则物体，比如电子零部件。

还能将同伴轻而易举地举起。

好奇怪，再看一眼[doge]

这项研究便是莱斯大学科学家的最新发现。

只需要一根针和一些空气，就能让狼蛛机器人举起其体重130%的物体。

最重要的是，它可以承受近1000次的开合循环。

目前，最新研究成果已发表在Advanced Science上。

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

这究竟是如何实现的呢？

如何制作一只「僵尸蜘蛛」

说来也简单，整体就两步：

第一步安乐死，第二步插入针管后封口。

为了开始研究，合适的蜘蛛尸体必不可少。

研究人员将一只狼蛛暴露在冷冻温度（约-4℃）下5~7天，获得了理想的样本。

同时用电子显微镜扫描了狼蛛髌骨股关节的图像，具体地展现了关节膜的样子。

这进一步给研究人员提供了灵感。

接下来，制作一个坏死的机械手只需要一个简单的步骤：

那就是将针头插入已死亡狼蛛的前肢区域，然后用胶水将针头固定在蜘蛛的身体上，最终形成一个密闭的圆圈。

神奇的事，这里不需要做任何操作，胶水就可以自动落到针头和狼蛛的接面上去。

这是因为三个阶段的能量最小化（the minimization of energy in three phases）。

首先，胶水液滴被注射到针头的一侧，附着在上面，使针头表面的能量最小化。

第二，胶水沿着针头向下移动，在重力的作用下接触到蜘蛛的角质层（或者叫外骨骼）的表面。

最后，当接触完毕时，胶水液滴会沿着针头和蜘蛛角质层的接面形成半月形状的一滩。最终，胶水在固化后就会形成气密性密封。

如下图所示，

插入针头到滴胶水的整个过程，可以在大约10分钟内完成。由此，研究人员就制得了一个完全可以操作的抓取器。

研究人员在纸上模仿了这种自密封机制。纸张模仿了蜘蛛角质层的特性，又用了相似的针头插在了纸上。

然后他们用一滴染成了蓝色的胶水滴在纸上，成功复现了气密性密封。

这样做是为了证明，胶水滴在蜘蛛外骨骼和针的接面上并扩散，确实能达到动态能量最小化。

同时，研究人员还用SEM对蜘蛛上针头的插入点进行了成像，以显示针和角质层之间的密封性。

研究人员选择了蜘蛛的前肢，因为前肢的外骨骼比腹部更加坚硬。

又因为蜘蛛的腿只包含屈肌，在蜘蛛死掉以后，由于缺乏静水压力（静水压力在蜘蛛活着的时候由前肢的肌肉产生），蜘蛛的腿会向身体弯曲。

最后，在胶水凝固后（该研究使用的是氰基丙烯酸酯胶水，约10分钟凝固），将注射器连接到皮下注射针头的鲁尔锁端（Luer lock）。这样就完成了蜘蛛死体抓取器的制作。

这样，当没有压力施加到机械手上时，蜘蛛尸体的腿部会自然保持向内弯曲。这种状态被研究人员称为抓取的「中性状态」。

而当研究人员通过注射器加入压力时，腿部就会向外延伸启动，机械手打开。

是不是很神奇？

这是因为蜘蛛「生前」会通过主动收缩前肢的肌肉来增加内部的液压，从而把腿伸出来。

而研究人员用蜘蛛尸体做的「机械手」，实际上就是用外部气压变化取代了蜘蛛主动地血淋巴压力调节机制。

总而言之，当蜘蛛内部的压力比大气压高的时候，就会「蹬腿」，反之就会把腿收起来。不管压力的改变是蜘蛛活着的时候自发的，还是人为进行加减。

上图则是研究人员测试出的「僵尸蜘蛛」的抓力。通过对比八个不同的抓取压力结果发现，抓取压力的增加会导致抓取力的下降。

3年前的偶然，成灵感来源

研究亡蛛软体机器人的想法可以说是一个偶然。

而且早在3年前便开始了。

2019年，Daniel Preston在赖斯大学机械工程系建立了自己的实验室后，便开始了这个项目。

论文一作Te Faye Yap称，当时我们正往实验室搬东西，便注意到了走廊边上一直蜷缩的蜘蛛。

这激起了Yap的好奇心，「为什么蜘蛛死后会蜷成一团？」

经过一番调研，答案也浮出水面：

蜘蛛是没有对抗肌对，就像人类上臂肌肉，比如肱二头肌和肱三头肌，而它们只有屈肌。

说白了，蜘蛛本体就缺少能让腿伸直的伸肌，却有让腿弯曲的屈肌。

当蜘蛛需要伸直腿时，得依靠腿部的「液压系统」。

这个系统就像打针用的注射器一样，充满液体时推杆会往外推，使腿伸直。

当蜘蛛死后，它的体液会逐渐流失，腿无法再伸直，就在屈肌的作用下往回缩了。

这太有趣了！莱斯大学成员们灵机一顿，希望找到一种方法来利用这一机制。

Daniel Preston称，蜘蛛液压关节使其能够单独控制每条腿，而死去的蜘蛛是无法控制这些阀门，这也是未来研究的主题。

因此，这对我们的研究有利，因为亡蛛让我们可以同时控制所有的腿。

这项看起来很酷又让人惊悚的项目，研究意义何在？

毕竟做的就是机器人，当然主要的应用还是服务于人类。

比如，让其挑选放置物体，做重复性任务，小范围内对物体进行分类和移动，甚至还可以进行微电子组装等类似的任务。

就比如能操作电路板，关闭LED灯。

另外一个应用便是，让死灵蜘蛛机器人去捕捉自然界较小的昆虫，利用其本体就是天然的伪装高手。

而且，蜘蛛本身就易于生物降解，因此在研究过程中，并不会产生大规模的废物流。

但是，这个实验对有些人来说听起像是一场噩梦，同时也面临着道德的谴责。

正如Preston称，软体机器人这一领域研究非常有趣，因为我们可以使用以前从未开发过的驱动和材料。当前，蜘蛛便是隐藏这一巨大潜力技术的原材料。

作者介绍

论文一作Te Faye Yap目前莱斯大学机械工程的博士研究生，导师便是这次论文通讯作者Daniel Preston教授。

此前，她曾在路易斯安那大学拉菲特分校取得了机器工程学士学位。

Daniel Preston博士在2012年在阿拉巴马大学获得了机械工程学士学位，之后分别在2014年和2017年取得了MIT的硕士和博士学位。

目前，他是莱斯大学创新实验室（PI Lab）的领导者，并在今年5月获得了NSF职业奖。

大自然本身就做得很好。时至今日，科学借用和「偷取」大自然去进步。

有网友表示，某一天，就会上身人类了吧。

参考资料：

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