假肢装置使仿生水母游得快三倍

 

 

科学家希望有朝一日将仿生水母用作廉价环境监测器的庞大网络       丽贝卡康特/加州理工学院

从托尼·斯塔克 (Tony Stark) 和奇幻小说到世界各地实验室正在开发的真实假肢，仿生身体部位长期以来一直承诺增强人类的身体能力。但是你有没有想过水母会是什么样子？加州理工学院和斯坦福大学的科学家们已经并且现在正在展示一种微型假肢，该假肢使海洋生物能够在使用更少能量的同时更快地游泳，而所有这些都不会对它们造成任何伤害。

自 2013 年以来，加州理工学院和斯坦福大学的工程师和机器人研究人员一直在研究水母运动的机制，希望有一天能招募它们用作一种环境监测设备。人们的想法是，这些数量巨大的海冻块可以配备传感器来收集有关海洋的信息，而这些信息在很大程度上仍未被探索。

“只探索了海洋体积的 5% 到 10%，因此我们希望利用水母已经无处不在的事实，从由于成本高而数量有限的船基测量实现飞跃，”领导这项研究的加州理工学院的约翰·达比里说。

为此，达比里和他的团队首先需要更多地控制水母在水中的移动方式。该团队开发的新技术是实现这一目标的第一步，也是重要的一步，它可以加快水母的游泳运动，同时更多地了解它们的力学。

假肢装置被比作起搏器，它使用电脉冲来调节患者心脏的节律。但是，这个 2 厘米（0.8 英寸）宽的设备不是控制心率，而是控制水母赖以推动自身前进的脉动运动的速率。

一般来说，水母以每秒两厘米左右的速度移动，仔细控制身体脉冲的频率，以捕捉猎物的最佳速度移动。通过用一个小木倒钩（无害）将假肢连接到水母的身体上，该团队能够使用电脉冲来提高赌注，以三倍于动物正常身体脉冲的速度跳动。

这与水中的加速速度密切相关，水母以每秒四到六厘米的速度移动。除了这种更快的运动，研究小组还测量了水母在游泳时的氧气摄入量，以此来追踪它们的能量水平，发现尽管它们的速度是水母的三倍左右，但它们只消耗了大约两倍的能量。

“我们已经证明，它们的移动速度比平时快得多，而且不会对它们的新陈代谢造成过度的影响，”斯坦福大学研究生和合著者 Nicole Xu 说。“这表明水母拥有一种尚未开发的能力，可以更快、更有效地游泳。他们只是通常没有理由这样做。”

通过进一步开发他们的假肢，徐和达比里希望给他们这样做的理由。从这里开始，该团队希望改进这项技术，以便除了控制水母的步伐外，它还可以引导它们朝不同的方向前进，并使它们能够响应来自机载传感器的信号。

“如果我们能找到一种方法来引导这些水母，并为它们配备传感器来跟踪海洋温度、盐度、氧气水平等信息，我们就可以创建一个真正的全球海洋网络，其中每个水母机器人都需要花费几美元来仪器和从已经在海洋中的猎物中获取能量，“达比里说。

该研究发表在《科学进展》杂志上，而下面的视频提供了该研究的概述。

资料来源：加州理工学院