北京
倘若回到3亿多年前，你将见证地球生命演化史上的重要一幕：鱼类祖先“挣脱”水的怀抱，实现从海洋到陆地的飞跃。今天的我们虽不能回到过去，却能将过去“带回”现在。英国剑桥大学研究团队近日在《科学·机器人》杂志上发表一项重要研究，通过开发仿古生物机器人来检验关于生命演化的种种假设，这项技术为我们打开了一扇探究远古生物的新大门。
一般来说，化石拼图可以帮助古生物学家复原远古生物的存在状态。然而，化石只能告诉我们“是什么”，却难以解答“怎么样”。例如，从几块残缺的骨头化石，如何推导出这一生物完整的运动方式呢？针对这一难题，机器人研发者别出心裁地将仿生科技引入，打造了一个可供反复演练的实验“舞台”，通过不断调试和优化，逐步还原出最接近历史真相的“演出”。比如，德国洪堡大学的研究团队利用3D建模和仿生机器人技术，模拟了一种生活在早二叠纪的柏氏山行龙的运动方式，发现该生物更偏向于四足直立行走。美国卡内基梅隆大学的研究人员利用软体机器人，重现侧囊虫已消失的运动方式，并推测出提高其移动速度的方法。
这些研究案例展示了仿生机器人在古生物学研究中的巨大潜力。通过应用3D建模、软体材料驱动和机器人学等前沿技术，仿生机器人宛如称职的“时空演员”，能够按照科学家的种种推测，生动演示远古生物可能的运动方式及功能。循此思路，剑桥大学研究人员提出了“古生物启发机器人”这一新兴的研究方法，将机器人技术运用到生物演化研究中，通过构建具有远古生物特征的机器人，来重现古代生物的运动模式和行为机制，可用于验证水陆过渡、飞行起源等假设。
古生物的智慧、生命演化也为现代科技带来创新灵感，为机器人工程的难题突破另辟蹊径。例如，中国南京大学联合美国科研机构从古代三叶虫的眼睛结构中获得灵感，进而开发了一种具有极大景深拍摄能力的微型照相机。中国浙江大学研究人员模仿深海狮子鱼身体结构研发的智能软体机器人，是全球首个在马里亚纳海沟成功突破万米级深潜并自由游动的机器人。这种“师法自然”的创新思路，正在为仿生机器人领域的发展开辟新途径、培育新动能。
更令人期待的是，科研人员正在探索从“仿生”向“类生”的跨越，即从“研发机器鱼便模仿水中游的”“研制无人机便效仿天上飞的”这种公式中跳出，开始更深入地挖掘自然界中的各类生物模式及其背后的普遍规律。比如，中国科学技术大学团队系统归纳了自然界中象鼻、章鱼触手等的运动模式，开发的新型软体机器人在抓取物品和完成复杂操作方面，几乎媲美动物肢体。又如，借鉴蚁群的运作模式，开发设计高效协作的机器人集群算法。相关科学研究不再局限于模仿单个生物的外形或动作，而是着眼于更为宏观和本质的生物学原理，设计出可应用于机器人的通用智能方法。这种转变，就像是美术创作中从“写实派”到“写意派”的演进，不再执着于逼真到一眼可辨，而是追求“神韵”与“意境”。
理解过去就是把握未来。仿生机器人不仅是打开历史之门的钥匙，更是推动科技创新的催化剂。未来，通过古生物学、生物学和机器人等跨学科合作，人类将探索机器人的更多形态和更强悍的性能，有望应用在深空发射、深海探索、灾难救援、医疗手术、工业生产等领域。古代智慧启迪未来发展，仿古生物机器人看似在“复古”，更是在“革新”。
（作者为北京大学工学院教授）
责编：孟祥麟、章凯风
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