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遠(yuǎn)古海洋有著許多奇特的生物形態(tài)，但隨著地質(zhì)年代的流逝，其中的大多數(shù)生物都已滅絕殆盡。這些遠(yuǎn)古生物留給我們的只有少量化石紀(jì)錄，科學(xué)家一直在努力探索這些滅絕生物的奧秘，揭開(kāi)地球漫長(zhǎng)生命進(jìn)化史中的一隅。
美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的科學(xué)家最近使用軟機(jī)器人技術(shù)“復(fù)活”了一種存在于4.5億年前的遠(yuǎn)古生物——側(cè)囊蟲(chóng)。這項(xiàng)研究為人類(lèi)打開(kāi)了一扇了解遠(yuǎn)古生物的新窗口，也將軟機(jī)器人技術(shù)引入古生物學(xué)研究的創(chuàng)新領(lǐng)域。
側(cè)囊蟲(chóng)是一種生存在4.5億年前，遠(yuǎn)早于第一批恐龍出現(xiàn)的古老海洋生物?？▋?nèi)基梅隆大學(xué)的研究小組利用化石線索設(shè)計(jì)了側(cè)囊蟲(chóng)的軟機(jī)器人復(fù)制品。他們?cè)凇睹绹?guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》發(fā)表的論文中報(bào)告了這一研究成果。
研究人員首先通過(guò)對(duì)側(cè)囊蟲(chóng)化石的觀察，對(duì)其身體結(jié)構(gòu)和移動(dòng)附肢進(jìn)行了精確的測(cè)繪與建模。他們將這些結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，構(gòu)建了一個(gè)側(cè)囊蟲(chóng)的三維虛擬模型?；谶@個(gè)模型，研究人員可以模擬側(cè)囊蟲(chóng)在海底不同方式的運(yùn)動(dòng)。
在計(jì)算機(jī)模擬的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步使用軟機(jī)器人技術(shù)來(lái)打造側(cè)囊蟲(chóng)的物理復(fù)制品。軟機(jī)器人由柔性材料制成，可以像生物體那樣實(shí)現(xiàn)柔軟的運(yùn)動(dòng)。研究人員使用3D打印和柔性聚合物材料，按照化石測(cè)量結(jié)果來(lái)制造類(lèi)似側(cè)囊蟲(chóng)移動(dòng)附肢的柔軟結(jié)構(gòu)。
最終，他們制造出一個(gè)可以在試驗(yàn)臺(tái)上爬行的側(cè)囊蟲(chóng)軟機(jī)器人模型。這個(gè)模型的運(yùn)動(dòng)方式與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果高度吻合，表明研究人員成功復(fù)制了這一滅絕生物的基本運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。
借助軟機(jī)器人模型，研究人員對(duì)側(cè)囊蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行了深入探究。結(jié)果表明，側(cè)囊蟲(chóng)可能主要依靠管狀移動(dòng)附肢在海底進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這種附肢的擺動(dòng)推動(dòng)可以產(chǎn)生向前的力。同時(shí)，側(cè)囊蟲(chóng)也可能進(jìn)行大范圍的掃掠式運(yùn)動(dòng)，用身體兩側(cè)的附肢在海底進(jìn)行擺動(dòng)，以獲得更高的平均移動(dòng)速度。
研究還發(fā)現(xiàn)，移動(dòng)附肢的長(zhǎng)度對(duì)側(cè)囊蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)能力有重要影響。模擬結(jié)果顯示，隨著附肢長(zhǎng)度的增加，側(cè)囊蟲(chóng)的平均移動(dòng)速度也呈指數(shù)級(jí)上升，這為科學(xué)家提供了重要啟示，有助于了解早期生物運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的演化。
人類(lèi)文明在地球46億年的歷史長(zhǎng)河中不過(guò)瞬息。要探索生命漫長(zhǎng)的進(jìn)化歷程，我們需要展開(kāi)想象的翅膀，借助科技的力量來(lái)重構(gòu)已滅絕生物的遠(yuǎn)古畫(huà)卷。
軟機(jī)器人技術(shù)為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)帶來(lái)了新的希望。不同于傳統(tǒng)堅(jiān)硬的機(jī)器人，軟機(jī)器人模擬生物體的柔軟特性，能夠以更加生物化的方式來(lái)復(fù)制運(yùn)動(dòng)，這為考古學(xué)家和古生物學(xué)家提供了一個(gè)寶貴的工具，用來(lái)探究那些只留下骨骼或輪廓的古生物。
而側(cè)囊蟲(chóng)軟機(jī)器人模型證明了這種技術(shù)的可行性和潛力。我們有理由相信，在不久的將來(lái)，科學(xué)家可以通過(guò)這種方法來(lái)重現(xiàn)越來(lái)越多古老物種的運(yùn)動(dòng)原理，包括那些形態(tài)極為怪異的生物，這將大大拓展我們對(duì)地球生命演化歷程的認(rèn)知，揭開(kāi)生命奧秘的更多面紗。
當(dāng)更多“電子化石”重現(xiàn)古生物的生命跡象時(shí)，我們將有機(jī)會(huì)不僅從化石標(biāo)本中，而且從它們靈活運(yùn)動(dòng)的投影中，感受到跨越億萬(wàn)年的生命心跳。這是技術(shù)進(jìn)步賦予我們的驚人機(jī)遇，也將推進(jìn)人類(lèi)文明對(duì)自然和生命的理解。
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