蜘蛛断腿再生之谜，给软机器人开发带来了哪些启发？

十字园蛛（Araneus diadematus）的近距离特写。

蜘蛛以4亿年技术积累铸造的蛛网堪称工程奇迹，人们可以从蛛网的构造及粘捕功能中得到很多启示。以十字园蛛为例，这种蜘蛛腿断后可以再生，虽然新长出的腿要比之前的短得多，但仍能织出一张完美的网。

近日，英国牛津大学和丹麦奥尔胡斯大学的研究人员揭示了蜘蛛的再生腿是如何协调复杂运动及丝线操控，并与正常腿的运动相适应的。

这项发表在《英国皇家学会界面杂志》上的研究解释了一个关键问题——蜘蛛的每条腿都像一台半独立计算机，腿上的适应传感器可以利用形态计算微调反馈回路来监督蛛丝的处理及精准放置。

研究展示了如何将蜘蛛织网的复杂动作序列转化为可测试的决策规则：行为被编码在一套嵌入虚拟（或网络）蜘蛛的正式规则中，虚拟蜘蛛能在电脑屏幕上织网。通过将真实、虚拟蜘蛛实验结合，科学家们已经能探索并验证这些规则集。

随后，研究人员将这些人工智能规则的关键参数编码为基因，并在一种被称为“遗传算法”的过程中使用计算机动画，以选出最佳虚拟蛛网。

论文第一作者、牛津大学动物学系Fritz Vollrath教授说：“令我们感到惊讶的是，十字园蛛的新生腿长度只有正常腿的一半，其肌肉尚未经过锻炼，传感器还没得来及学习如何回应。但十字园蛛却能完美地完成织网工作。利用我们的新技术将计算机建模与真实的动物行为学研究相结合来揭示隐藏的动物行为规则，是一件令人兴奋的事情。将蜘蛛的决策规则编码到网络基因中有助于系统在以计算机为基础的生态系统中进化。”

研究人员希望这些动物利用简单规则结合适应性皮肤、技能执行复杂任务的方法可以为现代机器人开发带来启发。他们的虚拟蜘蛛所使用的算法被嵌入到可以下载的应用程序中，因此，各阶段学生都可以线上研究蜘蛛的行为决策规则（以网络构建为范例），同时探索进化对于动物的行为及生态塑造的影响。

接下来，研究人员计划与机器人专家建立更深层次的合作，探索蜘蛛行为能给无人驾驶汽车的驾驶、导航带来哪些启示，以及如何构建、操作新型机器人。

原创编译：灯丝 审稿：西莫 责编：陈之涵

期刊来源：《英国皇家学会界面杂志》

期刊编号：1742-5689

原文链接：https://techxplore.com/news/2020-11-unravelling-secrets-spider-limb-regeneration.html

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