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自走式机器人菊石提供了对进化的洞察力

作者: bjrobot 时间:2022-07-29 来源:未知
摘要:各种机器人菊石的 X 射线视图 David Peterman 早在第一批恐龙在地球上漫游之前,海洋中就充满了被称为菊石的生物。科学家们现在已经创造了许多机器人菊石,以了解它们进化出的不同贝壳形状如何影响它们在水中的运动。 菊石属于海洋无脊椎动物的头足类群,目


各种机器人菊石的 X 射线视图  David Peterman

早在第一批恐龙在地球上漫游之前,海洋中就充满了被称为菊石的生物。科学家们现在已经创造了许多机器人菊石,以了解它们进化出的不同贝壳形状如何影响它们在水中的运动。

菊石属于海洋无脊椎动物的头足类群,目前的成员包括章鱼、鱿鱼和墨鱼。然而,与这些例子不同的是,菊石具有保护性外壳——而这些外壳在整个化石记录中并没有保持一致的形状。

由博士后研究员大卫彼得曼和助理领导。犹他大学的一个团队 Kathleen Ritterbush 教授最近着手确定不同的贝壳形状如何影响动物的运动。为了做到这一点,科学家们创造了自由游泳的机器人菊石。

每一个都由一个带有防水内腔的 3D 打印聚合物外壳组成,内部是电子设备,包括电池、微控制器、电机和叶轮驱动的水泵。还有充气空隙和配重,以复制现有鹦鹉螺的重量分布——它是当今唯一有壳的头足类动物。
更重要的是,机器人是中性浮力的。这意味着当它们放入水中时,它们既不会沉到底部,也不会浮到水面。

它们的贝壳形状包括一个蛇形锥,它结合了紧密的螺纹和狭窄的外壳。一个球形锥体,具有几个厚的螺旋和一个更宽的,几乎是球形的外壳;还有一个介于两者之间的氧锥,它结合了厚厚的螺纹和狭窄的流线型外壳。

每个模型最初被放置在水池中的水下夹具中,然后释放,以便它可以在水中喷射。当它这样做时,它在三维空间中的运动和位置被水下摄像机记录下来。每个模型进行了大约十几个单独的运行。


sphaerocone 机器人去游泳    David Peterman

分析镜头时发现,每种形状都有自己的优点和缺点。例如,较窄的外壳产生的阻力较小,并且在直接穿过水中时更稳定。较宽的贝壳虽然使旅行速度较慢,能源效率较低,但可以更容易地改变方向——这一特征可能有助于菊石捕捉猎物或逃避捕食者。
“这些结果重申,没有单一的最佳外壳形状,”彼得曼说。“自然选择是一个动态过程,随着时间的推移而变化,并涉及许多功能权衡和其他限制。外壳头足类动物是研究这些复杂动态的完美目标,因为它们具有巨大的时间范围、生态意义、丰富度和高进化率。”
一篇关于这项研究的论文最近发表在《科学报告》杂志上。
资料来源:犹他大学

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