研究人员正在开发受远古鱼类启发的机器人，以研究大约3.9亿年前水生生物向陆生生物的过渡。

他们希望通过复制灭绝物种的解剖结构和运动方式，克服化石证据的限制，并检验有关早期脊椎动物运动的理论。这种方法旨在为步行进化研究提供新的见解。

探索从水生到陆生的转变

从水生到陆生的过渡标志着地球历史上最重要的里程碑之一。如今，一群机器人专家、古生物学家和生物学家正在利用机器人研究大约3.9亿年前现代陆地动物的祖先是如何从游泳转变为行走的。

在 10 月 23 日发表于《科学·机器人学》（Science Robotics）杂志上的一项研究中，剑桥大学的研究人员解释了“受古生物启发的机器人技术”如何为探索古代鱼类的胸鳍和腹鳍如何进化以支撑其在陆地上承重提供了一种很有前景的方法。

“由于化石证据有限，我们对古代生物如何过渡到陆地生活只有一个不完整的概念，”来自剑桥大学工程系的论文第一作者迈克尔·石田博士说。“古生物学家会研究古代化石，寻找有关髋关节和骨盆关节结构的线索，但我们仅从化石中能学到的知识是有限的。这时就可以轮到机器人上场了，它们可以帮助我们填补研究中的空白，尤其是在研究脊椎动物运动方式的重大转变时。”

弥合化石与运动之间的鸿沟

石田是剑桥大学生物启发机器人实验室的一员，该实验室由本文高级作者、教授藤谷宜弥领导。该团队正在开发各种用途的节能机器人，其灵感来自动物和人类的高效移动方式。

该团队获得了人类前沿科学计划 (Human Frontier Science Program) 的资助，正在开发受古生物启发的机器人，部分灵感来自于现代的“步行鱼”，如弹涂鱼，以及已灭绝鱼类的化石。“在实验室里，我们无法让活鱼采用不同的行走方式，当然也无法让化石动起来，因此我们利用机器人来模拟它们的解剖结构和行为，”石田说道。

机器人技术：探索古代生活的一扇窗

该团队正在制造古代鱼类骨骼的机器人模型，并为其配备模拟肌肉和韧带的机械关节。一旦制造完成，该团队将对这些机器人进行实验，以确定这些古代生物可能的移动方式。

石田说：“我们想知道，不同的行走方式分别需要消耗多少能量，或者哪种动作的效率最高等等。这些数据有助于证实或质疑关于这些早期动物如何进化的现有理论。”

古机器人研究中的挑战

该领域最大的挑战之一是缺乏全面的化石记录。地球历史上这一时期的许多古代物种仅通过部分骨骼化石为人所知，这使得很难重建它们全部的活动范围。

“在某些情况下，我们只是在猜测某些骨骼是如何连接或发挥作用的，”石田说。“这就是为什么机器人如此有用——它们帮助我们证实这些猜测，并提供新的证据来支持或反驳这些猜测。”

机器人古生物学的未来发展方向

虽然机器人常被用于研究活体动物的运动，但很少有研究团队利用它们来研究灭绝物种。“只有少数几个团队在做这类工作，”石田说，“但我们觉得这是天作之合——机器人可以为我们提供对古代动物的深入了解，而这些是我们仅仅通过研究化石或现代物种所无法获得的。”

研究团队希望他们的工作能够激励其他研究人员探索利用机器人技术研究早已灭绝的动物生物力学的潜力。石田说：“我们试图填补化石证据与真实力学之间的鸿沟。计算机模型在这一研究领域显然非常重要，但机器人可以与真实世界互动，它们可以帮助我们验证有关这些生物运动方式的理论，甚至帮助我们验证它们为何会以那种方式运动的理论。”

该团队目前正处于建造古生物机器人的早期阶段，但他们希望在未来一年内能有所成果。研究人员表示，他们希望他们的机器人模型不仅能加深对进化生物学的理解，而且能为工程师和其他领域的研究人员开辟新的合作途径。

参考文献：“受古生物启发的机器人技术：探索生命历史的实验方法”，作者：迈克尔·石田、菲吉·贝里奥、瓦伦蒂娜·迪桑托、尼尔·H·舒宾和富美家·饭田，发表于2024年10月23日，《科学·机器人学》。DOI：10.1126/scirobotics.adn1125

本研究得到了人类前沿科学计划的支持。藤宫伊达是剑桥大学基督圣体学院的研究员。迈克尔·石田是剑桥大学冈维尔与凯斯学院博士后研究助理。