八爪魚擠穿窄隙有兩套策略
科學家透過拍攝八爪魚擠過可調節闊度的缺口,發現其採用兩種策略:缺口較寬時用三步法,較窄時用四步法。研究有望為設計能進入狹小空間的機械人提供靈感。
八爪魚以能擠過看似不可能的狹小縫隙而聞名。科學家如今繪製出牠們的動作流程,發現這些海洋無脊椎動物會將八條腕足及柔軟身軀組織成一套順序動作,而當缺口收窄時,策略亦會改變——此舉或可為設計進入狹小空間的機械人提供啟示。
與人類及其他擁有硬骨骼的動物不同,八爪魚的極度柔軟身軀建基於科學家稱為「肌肉液壓系統」的結構,這套肌肉系統毋須骨骼即可提供支撐與活動。八爪魚的八條腕足靈活可伸,中央外套膜能改變形狀,而血液循環系統亦能適應扭曲:主要血管配備肌肉泵動系統,即使部分身軀受壓,仍能維持局部血液流動。
新加坡國立大學軟機械人實驗室研究員、研究論文共同作者忻文慈表示:「在自然界,八爪魚能擠過比本身身軀更小的空間,這種能力稱為擠壓行為。我們探討這種行為是否存在通用模式,日後可應用於機械人。」研究團隊拍攝三條半成年普通八爪魚擠過可調節缺口,發現兩種主要策略:當缺口闊度大於八爪魚雙眼距離時,採用三步法;當缺口更窄時,則採用四步法。
在三步法中,八爪魚先用一條腕足探測缺口,再將幾條腕足穿過,然後利用已穿過的腕足支撐身體,拉動其餘腕足、頭部及外套膜通過。當缺口更窄時,八爪魚會增加一步,先拉動其餘腕足通過,再分別擠過頭部及外套膜。忻文慈表示,最初預期八爪魚會使用同一策略,發現策略改變時感到驚訝。
目前仍未確定八爪魚能擠過的最小缺口由甚麼決定。其喙部(唯一硬質身體部分,功能相當於下顎)一直被認為是限制因素,但忻文慈指實驗結果顯示,限制因素可能是靠近身軀的腕足尺寸。意大利那不勒斯腓特烈二世大學生物學家、研究共同作者米高·古巴指出,八爪魚利用腕足上的觸覺感知缺口,而不同八爪魚物種處理狹小空間的方式可能不同。
研究人員期望,理解八爪魚如何解決擠過窄隙的問題,能協助工程師設計更靈活的機械人,用於在瓦礫中導航的搜索及救援任務。忻文慈說,現時這類機械人通常又長又幼,以便擠過窄隙;若參考八爪魚設計,機械人可裝載更多裝備,並配備不同感應器、工具或通訊裝置的靈活腕足。不過,建造此類機械人屬工程挑戰:腕足需夠柔軟以擠過窄隙,同時要有足夠力量與靈活性彎曲、扭動及拉伸以拉動其身軀。古巴補充,這項研究亦突顯人類對八爪魚日常生活的了解仍然有限。