一项揭示蛇如何以侧向扭行攀爬沙坡的研究帮助科学家改进地面运行机器人的功能

侧向扭行的响尾蛇在沙漠中爬行

侧向扭行的响尾蛇在沙漠中爬行(Adam Thompson)

(神秘的地球报道)据EurekAlert!:一项揭示蛇是如何以侧向扭行攀爬沙坡的研究——这是一个艰难之举—正帮助科学家们改进地面运行机器人的功能。它甚或能帮助科学家们建造一种滚动机器人无法做到的能在地面——如在某塌陷矿井内的山丘上——巡航的机器人。地球表面有许多不同的组成,其中包括沙地、泥土地及树皮。然而,大多数的机器人是在实验室中设计的,它们在平坦坚硬的表面具有功能。研究在许多不同基于陆地环境中巡行的动物可教科学家们许多有关制造一种能在全地形上运行的机器人装置的知识。尤其是某些种类的蛇对研究很有帮助,因为它们用一种叫做侧向扭行(它涉及在抬升其身体某些节段的同时让其它身体节段与地面保持静态接触--这是一种将打滑最小化的策略)的特殊步态行进。人们对在坚硬表面的侧向扭行已进行过研究,但对其在松散、流动材料上的研究则少得多,因此科学家们对它是如何运作的并不完全理解。Hamidreza Marvi等人在亚特兰大动物园中对6条侧向扭行的响尾蛇在不同倾斜度的沙道上的爬行进行了监测。他们对这些蛇穿透沙子有多深、它们有多少个接触点以及这种行为在坡度增加时如何改变等进行了研究。研究人员发现,这些蛇不会在坡度增加时打滑。(与此同时,一群蝮蛇——它们是不做侧向扭行的相关蛇类——则会从山丘上翻滚下来。)Marvi等人发现,侧向扭行的响尾蛇会十分成功地在沙坡上向上爬,因为,随着坡度变陡,它们会增加其身体与沙子的接触。研究人员在他们的机械蛇中实施了这种改变,结果其行为与真蛇十分相似,它能在滑溜的斜坡上更好地运行。工程师们可用这一信息来建造能在流动性基底面上更有效运行的机器人。一篇《视角》文章凸显了科学家们是如何研究自然而受到启发,使得他们不仅能学会如何改进这些机器人,而且还能更了解这些蛇的运作原理是什么。

在这一有关机器人的专刊中,还有一篇由Auke Ijspeert撰写的《评论》进一步探索了机器人与生物学之间的相互作用。Ijspeert对工程师们——他们从生物学原理获得灵感是出了名的——现在是如何用机器人作为工具来更好地理解动物的复杂且优美的动作进行了讨论。Ijspeert说,用生物机器人作为模型来更好地理解运动——甚至人的运动——具有众多的用途,其中包括作为一个用来设计更逼真义肢装置的测试场。

在本期专刊中的一篇《政策论坛》文章对新一代人工智能(AI)系统回答有关像全球暖化、水净化及个性化基因组学等大问题上的前景进行了讨论。从大型数据集做出预测的基于AI的系统已经在使用之中,但基于可用数据模型进行推理并进行其它主要为人类活动的AI系统仍然阙如。作者们说,这些工具可让科学家们有时间关注其研究的更具创意的方面。推进基于AI的系统来应对科学挑战反过来也会促进AI的发展。

《科学》新闻团队推出的一组特别新闻讨论了“社会性机器人”的崛起,凸显了人类与这些机器所能建立的深度情感纽带;这些机器正日益普遍地担任医院中的护理者及家庭佣工的职能。该组文章对科学家们是如何克服障碍来赋予机器人感知其环境(并理解其意义)的能力进行了探索。有一篇文章解释说,随着在劳动力中的机器人变得更为成熟,它们将会在无需如今的分离及监管的情况下与人合作。机器人也会扮演其它的角色;那些被用来模仿动物的机器人能让科学家们了解进化过程。一则《问与答》部分——“机器人与法”——对源自机器人担任通常是人的范围内的社会角色所产生的新的法律困境进行了讨论。





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