假肢裝置使仿生水(shuǐ)母遊得(de)快(kuài)三倍

科學家希望有朝一日将仿生水(shuǐ)母用(yòng)作廉價環境監測器的(de)龐大(dà)網絡                         麗貝卡康特/加州理(lǐ)工學院

從托尼·斯塔克 (Tony Stark) 和(hé)奇幻小說到世界各地實驗室正在開發的(de)真實假肢，仿生身體部位長(cháng)期以來(lái)一直承諾增強人(rén)類的(de)身體能力。但是你有沒有想過水(shuǐ)母會是什(shén)麽樣子？加州理(lǐ)工學院和(hé)斯坦福大(dà)學的(de)科學家們已經并且現在正在展示一種微型假肢，該假肢使海洋生物(wù)能夠在使用(yòng)更少能量的(de)同時(shí)更快(kuài)地遊泳，而所有這(zhè)些都不會對(duì)它們造成任何傷害。

自 2013 年以來(lái)，加州理(lǐ)工學院和(hé)斯坦福大(dà)學的(de)工程師和(hé)機器人(rén)研究人(rén)員(yuán)一直在研究水(shuǐ)母運動的(de)機制，希望有一天能招募它們用(yòng)作一種環境監測設備。人(rén)們的(de)想法是，這(zhè)些數量巨大(dà)的(de)海凍塊可(kě)以配備傳感器來(lái)收集有關海洋的(de)信息，而這(zhè)些信息在很大(dà)程度上仍未被探索。

“隻探索了(le)海洋體積的(de) 5% 到 10%，因此我們希望利用(yòng)水(shuǐ)母已經無處不在的(de)事實，從由于成本高(gāo)而數量有限的(de)船基測量實現飛(fēi)躍，”領導這(zhè)項研究的(de)加州理(lǐ)工學院的(de)約翰·達比裏說。

爲此，達比裏和(hé)他(tā)的(de)團隊首先需要更多(duō)地控制水(shuǐ)母在水(shuǐ)中的(de)移動方式。該團隊開發的(de)新技術是實現這(zhè)一目标的(de)第一步，也(yě)是重要的(de)一步，它可(kě)以加快(kuài)水(shuǐ)母的(de)遊泳運動，同時(shí)更多(duō)地了(le)解它們的(de)力學。

假肢裝置被比作起搏器，它使用(yòng)電脈沖來(lái)調節患者心髒的(de)節律。但是，這(zhè)個(gè) 2 厘米（0.8 英寸）寬的(de)設備不是控制心率，而是控制水(shuǐ)母賴以推動自身前進的(de)脈動運動的(de)速率。

一般來(lái)說，水(shuǐ)母以每秒兩厘米左右的(de)速度移動，仔細控制身體脈沖的(de)頻(pín)率，以捕捉獵物(wù)的(de)最佳速度移動。通(tōng)過用(yòng)一個(gè)小木(mù)倒鈎（無害）将假肢連接到水(shuǐ)母的(de)身體上，該團隊能夠使用(yòng)電脈沖來(lái)提高(gāo)賭注，以三倍于動物(wù)正常身體脈沖的(de)速度跳動。

這(zhè)與水(shuǐ)中的(de)加速速度密切相關，水(shuǐ)母以每秒四到六厘米的(de)速度移動。除了(le)這(zhè)種更快(kuài)的(de)運動，研究小組還(hái)測量了(le)水(shuǐ)母在遊泳時(shí)的(de)氧氣攝入量，以此來(lái)追蹤它們的(de)能量水(shuǐ)平，發現盡管它們的(de)速度是水(shuǐ)母的(de)三倍左右，但它們隻消耗了(le)大(dà)約兩倍的(de)能量。

“我們已經證明(míng)，它們的(de)移動速度比平時(shí)快(kuài)得(de)多(duō)，而且不會對(duì)它們的(de)新陳代謝造成過度的(de)影(yǐng)響，”斯坦福大(dà)學研究生和(hé)合著者 Nicole Xu 說。“這(zhè)表明(míng)水(shuǐ)母擁有一種尚未開發的(de)能力，可(kě)以更快(kuài)、更有效地遊泳。他(tā)們隻是通(tōng)常沒有理(lǐ)由這(zhè)樣做(zuò)。”

通(tōng)過進一步開發他(tā)們的(de)假肢，徐和(hé)達比裏希望給他(tā)們這(zhè)樣做(zuò)的(de)理(lǐ)由。從這(zhè)裏開始，該團隊希望改進這(zhè)項技術，以便除了(le)控制水(shuǐ)母的(de)步伐外，它還(hái)可(kě)以引導它們朝不同的(de)方向前進，并使它們能夠響應來(lái)自機載傳感器的(de)信号。

“如果我們能找到一種方法來(lái)引導這(zhè)些水(shuǐ)母，并爲它們配備傳感器來(lái)跟蹤海洋溫度、鹽度、氧氣水(shuǐ)平等信息，我們就可(kě)以創建一個(gè)真正的(de)全球海洋網絡，其中每個(gè)水(shuǐ)母機器人(rén)都需要花費幾美(měi)元來(lái)儀器和(hé)從已經在海洋中的(de)獵物(wù)中獲取能量，“達比裏說。

該研究發表在《科學進展》雜(zá)志上，而下(xià)面的(de)視頻(pín)提供了(le)該研究的(de)概述。

資料來(lái)源：加州理(lǐ)工學院