一只蜘蛛“死而復(fù)生”，還會(huì)秒變娃娃機(jī)？這項(xiàng)研究有點(diǎn)“怪趣味”

一只死蜘蛛慢慢下降，然后，突然它“復(fù)活”了——張開(kāi)八條長(zhǎng)腿，緊緊抓住另一只死蜘蛛。

可以抓起，也能放下 | 參考資料[1]

你敢信？這是一種新型的機(jī)器人，不過(guò)取材原料比較特殊——是蜘蛛尸體。

操控蜘蛛尸體的方法并不難，你只需把一根針頭刺進(jìn)蜘蛛的身體，往它體內(nèi)打入空氣，原本蜷縮起來(lái)的死蜘蛛就能向外伸展腿部。而當(dāng)蜘蛛體內(nèi)的壓力被釋放時(shí)，它的腿就會(huì)閉合，從而抓住目標(biāo)物體。

先把針頭插進(jìn)死蜘蛛體內(nèi) | Brandon Martin

這個(gè)死蜘蛛版本的抓娃娃機(jī)，出自美國(guó)萊斯大學(xué)機(jī)械工程系的研究團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人、機(jī)械工程系助理教授丹尼爾·普雷斯頓（Daniel Preston）表示，這是第一次把一只完整的動(dòng)物拿來(lái)做機(jī)器人。

今年九月，他們的這個(gè)研究還獲得了搞笑諾貝爾獎(jiǎng)的機(jī)械工程獎(jiǎng)。

2023年搞笑諾貝爾獎(jiǎng) - 機(jī)械工程獎(jiǎng) | Ig Nobel Prize

死蜘蛛：為什么是我？

“我們可以理解很多人看到蜘蛛時(shí)會(huì)感到不舒服，但從工程學(xué)的角度來(lái)看，蜘蛛的運(yùn)動(dòng)機(jī)制非常有趣，”萊斯大學(xué)機(jī)械工程博士生葉德菲（Te Faye Yap）說(shuō)道。

她對(duì)死蜘蛛的研究始于2019年，那時(shí)候萊斯大學(xué)普雷斯頓創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室剛成立不久。在實(shí)驗(yàn)室里收拾東西的時(shí)候，葉德菲注意到走廊邊上躺著一只縮成一團(tuán)的死蜘蛛。她和同事都很好奇，為什么蜘蛛死掉的時(shí)候腿都是蜷縮起來(lái)呢？

蜘蛛死后，腿會(huì)蜷縮起來(lái) | Rice University

于是，大家立刻在網(wǎng)上查閱資料，發(fā)現(xiàn)原來(lái)“蜘蛛不像人類(lèi)那樣有肱二頭肌和肱三頭肌的對(duì)抗肌組合，” 葉德菲說(shuō)道?！八鼈冎挥星。梢宰屚认騼?nèi)卷曲，并通過(guò)液壓讓腿向外伸展。當(dāng)它們死掉的時(shí)候，它們失去了主動(dòng)給身體加壓的能力。這就是它們蜷縮起來(lái)的原因。”

“這太有趣了！我們希望能找到一種利用這種機(jī)制的方法，” 葉德菲說(shuō)道。

如何“復(fù)活”死蜘蛛？

——給它打氣

了解完蜘蛛死亡蜷縮的原因，大家又有了一個(gè)新的疑問(wèn)——能否使用壓縮空氣來(lái)重新控制死蜘蛛的腿？

就這樣，他們拿起了蜘蛛尸體。用到的實(shí)驗(yàn)材料除了蜘蛛尸體，還有注射器和強(qiáng)力膠。研究人員先把針頭刺進(jìn)蜘蛛的頭胸部，然后用一點(diǎn)點(diǎn)強(qiáng)力膠封住針頭周?chē)目p隙。再連接好針筒，研究人員就能通過(guò)注射器對(duì)蜘蛛的液壓腔室進(jìn)行加壓。

把注射器的針頭插進(jìn)蜘蛛的頭胸部，再滴一點(diǎn)膠水 | 參考資料[1]

往里打點(diǎn)空氣加壓，死蜘蛛的腿就會(huì)被立即激活，向外張開(kāi)。而一減壓，腿在屈肌的作用下自然地就收縮閉合了。

通過(guò)針筒控制蜘蛛體內(nèi)的液壓 | 參考資料[1]

蜘蛛等無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)有血淋巴，這和脊椎動(dòng)物體內(nèi)的血液類(lèi)似。血淋巴就像一個(gè)液壓系統(tǒng)，在注入空氣時(shí)，血淋巴會(huì)被加壓，進(jìn)而導(dǎo)致蜘蛛腿部關(guān)節(jié)上的壓力也隨之增加。研究人員還發(fā)現(xiàn)，蜘蛛在死后1小時(shí)，甚至是死了7天后，它體內(nèi)的血淋巴化學(xué)組成都不會(huì)有顯著變化。

實(shí)驗(yàn)中，為了觀察蜘蛛腿的耐受力，有一只死蜘蛛開(kāi)腿關(guān)腿了近1000次，相當(dāng)皮實(shí)。到后面，它的腿部關(guān)節(jié)才開(kāi)始出現(xiàn)一些磨損?！拔覀冋J(rèn)為這與關(guān)節(jié)脫水有關(guān)，可以通過(guò)涂抹聚合物涂層來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題?！?普雷斯頓說(shuō)道。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有任何涂層的蜘蛛尸體只能當(dāng)兩天的抓娃娃機(jī)，而涂有蜂蠟的蜘蛛尸體則能有效防止脫水，“壽命”更長(zhǎng)。研究人員表示，之后將對(duì)不同的涂層材料做進(jìn)一步的研究。

蜘蛛腿部關(guān)節(jié)細(xì)節(jié) | 參考資料[1]

死掉的蜘蛛雖然可以不停地張腿、閉腿，但它并沒(méi)有真的被復(fù)活，也沒(méi)有變成僵尸。普雷斯頓表示：“我們確信它是無(wú)生命的?！?/p>

抓起比自己還重的大蜘蛛

在實(shí)驗(yàn)中，死蜘蛛能夠抓取幾種不同的物體，例如能移除面包板上的跳線以斷開(kāi)LED，能拿起一塊染成紅色的聚氨酯泡沫，甚至能抓起另一只體重是它1.3倍的大蜘蛛。

抓起面包板上的跳線 | 參考資料[1]

于是，研究人員又想到，不同大小的蜘蛛是不是有不同的抓握力？

通過(guò)研究不同體型的蜘蛛，他們發(fā)現(xiàn)，小蜘蛛（10毫克的跳蛛）可以施加其體重兩倍的抓握力，而更大的蜘蛛（例如大約200克重的歌利亞食鳥(niǎo)蛛）則只能抓住其體重10%的東西——不過(guò)，算起來(lái)也有20克呢！

分析不同大小的蜘蛛的抓握力 | 參考資料[1]

更環(huán)保，更方便

研究人員給這個(gè)具有開(kāi)創(chuàng)性的研究領(lǐng)域取名為Necrobotics，其中Necro表示尸體或死亡，而robotics是機(jī)器人、機(jī)器人學(xué)的意思。

這一領(lǐng)域的研究可以為非常小的物體制造可生物降解的夾具。和其他機(jī)器人部件相比，它們更加環(huán)保，不會(huì)產(chǎn)生電子垃圾。

由蜘蛛尸體做成的夾具 | Preston Innovation Lab

軟體機(jī)器人技術(shù)，是普雷斯頓實(shí)驗(yàn)室的研究重點(diǎn)。傳統(tǒng)的剛機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制造，通常需要復(fù)雜而繁瑣的過(guò)程，而軟體機(jī)器人能省去其中一些復(fù)雜的制造要求。死蜘蛛機(jī)器抓手就更方便了?！拔覀儾恍枰獜念^開(kāi)始制造這種氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的抓手，只需要利用自然，” 普雷斯頓說(shuō)道。

除了環(huán)保，蜘蛛的數(shù)量也很多，因此對(duì)研究人員來(lái)說(shuō)取材很方便。不幸的是，研究人員表示他們目前還無(wú)法保證在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有蜘蛛受到傷害。研究中用到的蜘蛛尸體是通過(guò)安樂(lè)死（把它們放在大概-4°C環(huán)境中冷凍5~7天）獲得的。已有的研究文獻(xiàn)并沒(méi)有如何遵循道德和人道主義來(lái)采購(gòu)、安樂(lè)死蜘蛛的明確指導(dǎo)。

去年七月，該研究發(fā)表于《先進(jìn)科學(xué)》(Advanced Science) | 參考資料[1]

在過(guò)去一年里，經(jīng)過(guò)更進(jìn)一步的研究，研究人員控制蜘蛛尸體的能力變得更精確了——可以只驅(qū)動(dòng)它身上的某一條腿，而不是全部的八條腿。

參考文獻(xiàn)

[1] Yap, T. F., Liu, Z., Rajappan, A., Shimokusu, T. J., & Preston, D. J. (2022). Necrobotics: Biotic Materials as Ready-to-Use Actuators. Adv. Sci., 9(29), 2201174. doi: 10.1002/advs.202201174

[2] University, R. (2022, July 25). Lab manipulates deceased spiders’ legs with a puff of air to serve as grabbers. Youtube. Retrieved from https://www.youtube.com/watch?v=1JOS6hMHIUM

[3] Rice engineers get a grip with ‘necrobotic’ spiders. (2023, October 25). Retrieved from https://news.rice.edu/news/2022/rice-engineers-get-grip-necrobotic-spiders

[4] Preston, four others win Ig Nobel Prize for ‘necrobotic’ spider study. (2023, October 25). Retrieved from https://news.rice.edu/news/2023/preston-four-others-win-ig-nobel-prize-necrobotic-spider-study

[5] Regina G. Barber, A. O. (2023). Why scientists are reanimating spider corpses for research. NPR. Retrieved from https://www.npr.org/2023/10/18/1198908301/necrobotics-reanimating-spiders-ig-nobel-prize

[6] Osborne, M. (2022). Scientists Use Dead Spiders as Claw Machines. Smithsonian Magazine. Retrieved from https://www.smithsonianmag.com/smart-news/scientists-use-dead-spiders-to-grip-objects-180980498

[7] Regina G. Barber, A. O. (2023). Why scientists are reanimating spider corpses for research. NPR. Retrieved from https://www.npr.org/2023/10/18/1198908301/necrobotics-reanimating-spiders-ig-nobel-prize

策劃制作

來(lái)源丨把科學(xué)帶回家（id：steamforkids）

作者｜Cloud 《萬(wàn)物》雜志編輯

審校｜ Ziv 《萬(wàn)物》雜志編輯

責(zé)編丨一諾