尾巴導(dǎo)航,安全著陸

胡德良 譯

研究蜥蜴跳起時(shí)如何翹起尾巴，可能會(huì)導(dǎo)致更加靈巧的機(jī)器人誕生。

在《侏羅紀(jì)公園》中，誰(shuí)也逃脫不了靈巧而殘忍的伶盜龍。現(xiàn)實(shí)中，這種令人畏懼的兩腿恐龍跑起來(lái)很可能跟屏幕上的一樣快，追捕獵物時(shí)從一塊巨石跳到另一塊巨石，上下?lián)u動(dòng)著尾巴保持著直立姿勢(shì)。

一項(xiàng)新研究利用蜥蜴和自動(dòng)汽車(chē)的高速錄像，證明了搖動(dòng)的尾巴對(duì)于靈巧的空中移動(dòng)來(lái)說(shuō)可能是極為重要的。

研究表明，帶有尾翼的汽車(chē)可能會(huì)為跨越不平地面的機(jī)器人提供一種新的配件裝置。“該研究為研制下一代移動(dòng)機(jī)器人提供了頗有價(jià)值的認(rèn)識(shí)，”加州帕洛阿爾托市斯坦福大學(xué)的機(jī)械工程師馬克·庫(kù)特科斯基說(shuō)。而庫(kù)特科斯基沒(méi)有參與這項(xiàng)研究。

尾巴通常是個(gè)難解之謎。許多動(dòng)物擁有尾巴，但是有關(guān)尾巴的功能，科學(xué)家卻了解得很少，特別是對(duì)于那些滅絕物種的尾巴，了解得就更少了，恐龍的尾巴也不例外。研究人員推測(cè)，一些物種的尾巴用于搏斗，而其他物種的尾巴則用于保持平衡。“運(yùn)用理論性較強(qiáng)的方法，結(jié)合動(dòng)物實(shí)驗(yàn)法，是唯一可以搞清恐龍尾巴功能的方法，”英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的動(dòng)物學(xué)家威廉·賽勒斯說(shuō)。賽勒斯也沒(méi)有參與這項(xiàng)研究。

加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家們將這兩種辦法結(jié)合起來(lái)。當(dāng)紅頭鬣蜥奔跑著跨越障礙物的時(shí)候，生物力學(xué)家羅伯特·富爾及同事為它們錄了像。鬣蜥的大小相當(dāng)于小老鼠，它們跨越的障礙物表面從光滑的紙面到布滿沙粒的砂紙面有所不同。當(dāng)鬣蜥起跳時(shí)，光滑的表面有時(shí)會(huì)使它失去立足點(diǎn)，可能會(huì)使它的頭部超越腳部。然而，研究小組不久前在《自然》雜志在線版上報(bào)道說(shuō)：起跳越危險(xiǎn)，鬣蜥的尾巴翹得就越高。

研究人員對(duì)該發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了更加深入的研究。他們將一輛鬣蜥大小的自動(dòng)車(chē)沿著一條坡道推下去：當(dāng)汽車(chē)沒(méi)有尾巴或有尾巴但不動(dòng)時(shí)，汽車(chē)的頭部朝下俯沖下去；但是加上一條由陀螺儀控制的尾巴之后，陀螺儀可以感覺(jué)到汽車(chē)的下降，這樣可以使汽車(chē)的前部翹起，從而能夠使汽車(chē)的輪胎著陸。

“通過(guò)觀察蜥蜴尾巴的運(yùn)動(dòng)而作出的這種解釋非常令人信服。”紐約石溪大學(xué)比較解剖學(xué)家蘇珊·拉森說(shuō)，“我們?cè)缇驼J(rèn)為擁有尾巴有助于跳躍，這項(xiàng)研究恰恰告訴了我們尾巴所提供的實(shí)際幫助有多么大。”

伯克利分校的研究人員通過(guò)鬣蜥和汽車(chē)的研究數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)了一個(gè)數(shù)學(xué)模型，該模型可以預(yù)測(cè)尾巴對(duì)機(jī)動(dòng)性的影響。他們把從化石中獲得的伶盜龍尺寸數(shù)據(jù)輸入模型中，經(jīng)計(jì)算得出，這種恐龍尾巴的功能可能比鬣蜥的尾巴更加出色，更加容易施展空中技巧。

“這項(xiàng)精彩的研究清晰地展示了尾翼是如何防止或減少身體轉(zhuǎn)動(dòng)的。”鹽湖城猶他大學(xué)的比較生物力學(xué)家大衛(wèi)·卡里爾說(shuō)。然而，他指出：“大尾巴可能有不利之處，因?yàn)楫?dāng)個(gè)別動(dòng)物需要快速轉(zhuǎn)彎逃跑或襲擊獵物時(shí)，大尾巴可能會(huì)降低它們的行動(dòng)速度。跟蜥蜴和恐龍相比，空中飛行的哺乳動(dòng)物（如蝙蝠）和許多鳥(niǎo)類(lèi)尾巴較小，而大尾巴的局限性可以解釋其中的原因——這些飛行動(dòng)物需要不斷地轉(zhuǎn)身。”

伯克利分校的研究人員認(rèn)為，主動(dòng)控制的尾巴對(duì)于實(shí)施搜救的機(jī)器人來(lái)說(shuō)是一件有用的附加裝置，因?yàn)樗鼈儾坏貌辉谔貏e粗糙的表面上移動(dòng)。

目前，移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)速度不夠快，還不能利用尾巴所提供的功能，但是最終機(jī)器人可以利用上尾巴的功能。