卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)机械工程系的研究人员与西班牙和波兰的古生物学家合作，利用化石证据设计了一个软体机器人复制品，它是一种存在于近4.5亿年前的海洋生物，被认为是最早能够利用肌肉干运动的棘皮动物之一。

今天发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的这项研究，旨在通过引入一个新的研究领域——古生物学——来拓宽动物设计和运动的现代视角，旨在使用软机器人，具有柔性电子和柔软材料的机器人技术，来理解利用灭绝生物推动进化的生物力学因素。

“软机器人是另一种利用软材料构建柔性机器人四肢和附件的科学方法。如果我们回顾一下动物进化的时间轴，生物学和自然界的许多基本原理才能得到充分的解释。我们正在制造类似的机器人来研究运动是如何变化的，”卡耐基梅隆大学机械工程教授、第一作者卡梅尔·马吉迪说。

人类在地球上的时间只占地球历史的0.007%，现代动物王国影响着对进化的理解，并激发了今天的机械系统，这只是历史上存在的所有生物的一小部分。

利用化石证据来指导他们的设计，并结合3D打印元素和聚合物来模拟移动附体的柔性柱状结构，研究小组证明，胸膜囊虫很可能能够通过肌肉干在海底移动，推动动物前进。尽管没有当今的类似物(棘皮动物已经进化到包括现代海星和海胆)，由于胸膜囊虫在棘皮动物进化中的关键作用，古生物学家一直很感兴趣。

研究小组认为，大范围的运动可能是最有效的运动，增加茎的长度可以显著提高动物的速度，而不会迫使它施加更多的能量。

“仿生机器人社区的研究人员需要从生物体中挑选出值得采用的重要特征，”博士候选人、共同第一作者理查德·德萨特尼克解释说。

“从本质上讲，我们必须决定好的运动策略，让我们的机器人运动起来。例如，海星机器人真的需要使用5条肢体来运动吗?或者我们能找到更好的策略吗?”CMU校友、共同第一作者扎克·帕特森补充道。

现在，该团队已经证明，他们可以使用软机器人来设计灭绝的生物，他们希望探索其他动物，比如第一种可以从海洋到陆地旅行的生物——这是传统机器人硬件无法以同样的方式研究的。

“给近5亿年前存在的东西带来新的生命本身就是令人兴奋的，但真正让我们兴奋的是我们能够从中学到多少东西，”卡内基梅隆大学机械工程教授菲尔·勒杜克(Phil LeDuc)说。“我们不仅仅是在看地下的化石，我们还试图通过与令人惊叹的古生物学家合作，更好地了解生命。”

其他合作者包括波兰科学院古生物研究所的Przemyslaw Gorzelak和西班牙地质与采矿研究所的Samuel Zamora。

作者：卡内基梅隆大学工程学院

链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2023/11/231106202936.htm

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