像鱷魚一樣的機器人 幫助解決了3億年的謎團

差不多3億年前，一個好奇的生物叫做Orobates pabsti走了這片土地。動物們剛剛開始將自己從水中拉出來，探索大而干燥的世界，這里是食用植物的四足動物Orobates，四條腿走路。古生物學家知道這樣做是因為一個特別保存完好的化石有四條腿。幸運的是，科學家還發現了化石足跡或軌道，以匹配。

我們的假設是，Orobates--今天包括哺乳動物和爬行動物在內的羊膜血統的表親 - 以及其他早期的四足動物尚未形成“先進”的步態，而是更像蠑螈一樣拖著自己。但今天，在一個多學科epically紙自然，他們的研究人員詳細說明如何結婚古生物學，生物力學，計算機模擬，現場展示的動物，甚至是Orobates機器人確定古代生物可能走得比以前認為可能更先進的方式。這對理解運動如何在陸地上進化具有重要意義，更不用說科學家如何研究滅絕動物的各種類型。

單獨來看，化石骨架或化石軌道不足以判斷動物如何移動。皇家獸醫學院的生物力學家約翰哈欽森說：“這些足跡只能告訴你他們的腳在做什么。”因為有很多自由度，或者關節可以采用不同的方式移動。“人類，之后所有，分享一個解剖，但可以管理許多愚蠢的方式與相同的設備走路。

如果沒有足跡，研究人員將無法充分相信化石骨架是如何移動的。沒有骨架，他們就無法完全解析足跡。但是兩者兼而有之，他們可以計算出Orobates數百種可能的步態，從不太高級的扯拽石龍子到更高級，更高的鱷魚在陸地上奔跑的姿勢。

然后，他們使用計算機模擬玩具參數，例如脊椎在動物移動時來回彎曲多少。哈金森說：“模擬基本上告訴我們動物的力量，并給我們一些關于動物力學可能整體運作的估計。”

實際上，您可以通過團隊精心設計的互動來自己玩參數。說真的，點擊它并和我一起玩。

三維圖中的點是可能的步態。藍點得分高，紅點得分低。雙擊下方和下方，您將看到模擬中的特定步態。你會注意到紅點使得步態有點......笨拙。然而，深藍色的圓點看起來像是四足動物更合理的移動方式。在底部你會看到現存物種的視頻，如鬣蜥和凱門鱷(小鱷魚)。正是對這些物種的觀察有助于研究人員確定哪些生物力學因素很重要，例如脊柱彎曲多少。

其他一些參數：左邊的滑塊可以讓您看到電力消耗等問題。將它滑到右邊，你會發現好的藍點消失了。

不過，這里的事情變得棘手。當然，能效是生存的關鍵，但它不是生物力學的唯一約束。“并非所有動物都能優化能量，特別是那些只使用短暫運動的物種，”柏林洪堡大學進化生物學家John Nyakatura說道。“顯然，對于長途旅行的物種，能源效率非常重要。但對于其他物種來說，它可能不那么重要。“

另一個因素是骨骼碰撞(這是一個金屬樂隊的好名字)。當你把一個化石骨架放在一起時，你不知道關節周圍有多少軟骨，因為這些東西早就腐爛了。不同種類的動物有不同數量的軟骨。

所以這對于Orobates來說是一個很大的未知數。在交互式中，您可以使用左側的滑塊上下撥動骨骼碰撞。“你可以讓骨頭自由碰撞或只是輕輕觸碰，”哈欽森說。“或者你可以把它撥到4級并且不允許碰撞，這基本上就是說關節之間必須有相當大的空間。”注意如何改變圖中的點：防止的碰撞越多，防止的碰撞就越少潛在的步態。“如果你允許充分的碰撞，那么肢體移動的可能性就更大了。”

現在，機器人。該團隊設計OroBOT密切配合的解剖Orobates。它當然簡化了純粹的生物學，但它仍然非常復雜，因為機器人走了。每個肢體由五個致動關節組成(“致動器”是電機的奇特機器人術語)，而脊柱有八個致動關節，允許它來回彎曲。在交互式中，您可以使用左側的滑塊來練習脊柱彎曲量，并查看改變步態的顯著程度。另外，看看那里凱門鱷的視頻，看看它自己的脊椎在移動時會彎曲多少。

模擬的美妙之處在于你可以相對快速地運行各種不同的步態。但機器人卻不是這樣。瑞士聯邦理工學院的共同作者和機器人專家卡米洛·梅洛說：“用物理平臺進行太多實驗是非常耗時的，而且你也可能損壞平臺。”運行模擬有助于減少列表。

“最后我們知道幾個步態非常好，而那些是我們用真實機器人測試的步態，”Melo補充道。

他們發現，鑒于骨骼解剖和匹配的軌道，Orobates可能走得相當直立，更像是凱門鱷而不是蠑螈。“以前認為只有羊膜進化出這種先進的陸地運動，”Nyakatura說。“它已經出現在Orobates中表明我們必須假設運動多樣性要早一點出現。”來自軌道的一個重要證實：沒有標記可以對應拖尾。

因此，由于不同學科的混合，研究人員基本上可以復活一個長期死亡的物種，以確定它是如何走路的。加州州立大學古生物學家斯圖爾特·蘇米達說：“因為他們把數字建模和機器人以及所有這些東西放在一起來對這一只動物產生影響，我們可以非常自信他們對它的移動方式提出了合理的建議。”圣貝納迪諾。順便提一下，他在這里有獨特的見解：他在15年前首先幫助描述了Orobates。

在德國，考慮Sumida和他的同事在哪里找到這種化石也是關鍵。大約3億年前，挖掘現場沒有自來水。它是古生物學家通常依賴的自來水，用于保存泥漿中的標本。“這是一個完全陸地的環境，偶爾會發生洪水，”Sumida說。“所以你會得到什么生活非常不尋常的快照，就像沒有在水里。”

那么，Orobates的正直步態是有道理的。“這是一個在陸地上有很好設施的東西，這正是地質學所建議的，”Sumida說。他補充說，這意味著Orobates和其他早期陸地物種的適應環境比預期更快。

正如Bee Gees曾經說過的那樣：“你可以通過我走路的方式判斷，我是一個舒適的陸地早期四足動物，沒時間說話。”