一只蜘蛛“死而复生”，还会秒变娃娃机？这项研究有点“怪趣味”
一只蜘蛛“死而复生”，还会秒变娃娃机？这项研究有点“怪趣味”
一只死蜘蛛慢慢下降，然后，突然它“复活”了——张开八条长腿，紧紧抓住另一只死蜘蛛。
可以抓起，也能放下 | 参考资料[1]
你敢信？这是一种新型的机器人，不过取材原料比较特殊——是蜘蛛尸体。
操控蜘蛛尸体的方法并不难，你只需把一根针头刺进蜘蛛的身体，往它体内打入空气，原本蜷缩起来的死蜘蛛就能向外伸展腿部。而当蜘蛛体内的压力被释放时，它的腿就会闭合，从而抓住目标物体。
先把针头插进死蜘蛛体内 | Brandon Martin
这个死蜘蛛版本的抓娃娃机，出自美国莱斯大学机械工程系的研究团队。团队的负责人、机械工程系助理教授丹尼尔·普雷斯顿（Daniel Preston）表示，这是第一次把一只完整的动物拿来做机器人。
今年九月，他们的这个研究还获得了搞笑诺贝尔奖的机械工程奖。
2023年搞笑诺贝尔奖 - 机械工程奖 | Ig Nobel Prize
死蜘蛛：为什么是我？
“我们可以理解很多人看到蜘蛛时会感到不舒服，但从工程学的角度来看，蜘蛛的运动机制非常有趣，”莱斯大学机械工程博士生叶德菲（Te Faye Yap）说道。
她对死蜘蛛的研究始于2019年，那时候莱斯大学普雷斯顿创新实验室刚成立不久。在实验室里收拾东西的时候，叶德菲注意到走廊边上躺着一只缩成一团的死蜘蛛。她和同事都很好奇，为什么蜘蛛死掉的时候腿都是蜷缩起来呢？
蜘蛛死后，腿会蜷缩起来 | Rice University
于是，大家立刻在网上查阅资料，发现原来“蜘蛛不像人类那样有肱二头肌和肱三头肌的对抗肌组合，” 叶德菲说道。“它们只有屈肌，可以让腿向内卷曲，并通过液压让腿向外伸展。当它们死掉的时候，它们失去了主动给身体加压的能力。这就是它们蜷缩起来的原因。”
“这太有趣了！我们希望能找到一种利用这种机制的方法，” 叶德菲说道。
如何“复活”死蜘蛛？
——给它打气
了解完蜘蛛死亡蜷缩的原因，大家又有了一个新的疑问——能否使用压缩空气来重新控制死蜘蛛的腿？
就这样，他们拿起了蜘蛛尸体。用到的实验材料除了蜘蛛尸体，还有注射器和强力胶。研究人员先把针头刺进蜘蛛的头胸部，然后用一点点强力胶封住针头周围的缝隙。再连接好针筒，研究人员就能通过注射器对蜘蛛的液压腔室进行加压。
把注射器的针头插进蜘蛛的头胸部，再滴一点胶水 | 参考资料[1]
往里打点空气加压，死蜘蛛的腿就会被立即激活，向外张开。而一减压，腿在屈肌的作用下自然地就收缩闭合了。
通过针筒控制蜘蛛体内的液压 | 参考资料[1]
蜘蛛等无脊椎动物体内有血淋巴，这和脊椎动物体内的血液类似。血淋巴就像一个液压系统，在注入空气时，血淋巴会被加压，进而导致蜘蛛腿部关节上的压力也随之增加。研究人员还发现，蜘蛛在死后1小时，甚至是死了7天后，它体内的血淋巴化学组成都不会有显著变化。
实验中，为了观察蜘蛛腿的耐受力，有一只死蜘蛛开腿关腿了近1000次，相当皮实。到后面，它的腿部关节才开始出现一些磨损。“我们认为这与关节脱水有关，可以通过涂抹聚合物涂层来解决这个问题。” 普雷斯顿说道。
实验发现，没有任何涂层的蜘蛛尸体只能当两天的抓娃娃机，而涂有蜂蜡的蜘蛛尸体则能有效防止脱水，“寿命”更长。研究人员表示，之后将对不同的涂层材料做进一步的研究。
蜘蛛腿部关节细节 | 参考资料[1]
死掉的蜘蛛虽然可以不停地张腿、闭腿，但它并没有真的被复活，也没有变成僵尸。普雷斯顿表示：“我们确信它是无生命的。”
抓起比自己还重的大蜘蛛
在实验中，死蜘蛛能够抓取几种不同的物体，例如能移除面包板上的跳线以断开LED，能拿起一块染成红色的聚氨酯泡沫，甚至能抓起另一只体重是它1.3倍的大蜘蛛。
抓起面包板上的跳线 | 参考资料[1]
于是，研究人员又想到，不同大小的蜘蛛是不是有不同的抓握力？
通过研究不同体型的蜘蛛，他们发现，小蜘蛛（10毫克的跳蛛）可以施加其体重两倍的抓握力，而更大的蜘蛛（例如大约200克重的歌利亚食鸟蛛）则只能抓住其体重10%的东西——不过，算起来也有20克呢！
分析不同大小的蜘蛛的抓握力 | 参考资料[1]
更环保，更方便
研究人员给这个具有开创性的研究领域取名为Necrobotics，其中Necro表示尸体或死亡，而robotics是机器人、机器人学的意思。
这一领域的研究可以为非常小的物体制造可生物降解的夹具。和其他机器人部件相比，它们更加环保，不会产生电子垃圾。
由蜘蛛尸体做成的夹具 | Preston Innovation Lab
软体机器人技术，是普雷斯顿实验室的研究重点。传统的刚机器人的设计和制造，通常需要复杂而繁琐的过程，而软体机器人能省去其中一些复杂的制造要求。死蜘蛛机器抓手就更方便了。“我们不需要从头开始制造这种气动驱动的抓手，只需要利用自然，” 普雷斯顿说道。
除了环保，蜘蛛的数量也很多，因此对研究人员来说取材很方便。不幸的是，研究人员表示他们目前还无法保证在实验过程中没有蜘蛛受到伤害。研究中用到的蜘蛛尸体是通过安乐死（把它们放在大概-4°C环境中冷冻5~7天）获得的。已有的研究文献并没有如何遵循道德和人道主义来采购、安乐死蜘蛛的明确指导。
去年七月，该研究发表于《先进科学》(Advanced Science) | 参考资料[1]
在过去一年里，经过更进一步的研究，研究人员控制蜘蛛尸体的能力变得更精确了——可以只驱动它身上的某一条腿，而不是全部的八条腿。
参考文献
[1] Yap, T. F., Liu, Z., Rajappan, A., Shimokusu, T. J., & Preston, D. J. (2022). Necrobotics: Biotic Materials as Ready-to-Use Actuators. Adv. Sci., 9(29), 2201174. doi: 10.1002/advs.202201174
[2] University, R. (2022, July 25). Lab manipulates deceased spiders’ legs with a puff of air to serve as grabbers. Youtube. Retrieved from https://www.youtube.com/watch?v=1JOS6hMHIUM
[3] Rice engineers get a grip with ‘necrobotic’ spiders. (2023, October 25). Retrieved from https://news.rice.edu/news/2022/rice-engineers-get-grip-necrobotic-spiders
[4] Preston, four others win Ig Nobel Prize for ‘necrobotic’ spider study. (2023, October 25). Retrieved from https://news.rice.edu/news/2023/preston-four-others-win-ig-nobel-prize-necrobotic-spider-study
[5] Regina G. Barber, A. O. (2023). Why scientists are reanimating spider corpses for research. NPR. Retrieved from https://c.quk.cc/3/a17/3lloibkikt4 Osborne, M. (2022). Scientists Use Dead Spiders as Claw Machines. Smithsonian Magazine. Retrieved from https://www.smithsonianmag.com/smart-news/scientists-use-dead-spiders-to-grip-objects-180980498
[7] Regina G. Barber, A. O. (2023). Why scientists are reanimating spider corpses for research. NPR. Retrieved from https://c.quk.cc/3/a17/5iqotuzl4av 《万物》杂志编辑
审校｜ Ziv 《万物》杂志编辑
责编丨一诺
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