疯狂科学家用针筒、胶水“复活”死亡蜘蛛:化身僵尸机器人

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  蜘蛛从天而降,穿过红外线密布的场景,盗取宝石,这种科幻电影中才有的场景,在近日成为了可能。

  

疯狂科学家用针筒、胶水“复活”死亡蜘蛛:化身僵尸机器人-第1张图片-生活小妙招


  如果跟你讲,使用一些小道具,就算是小学生也能让死去的蜘蛛复活,实现类似于科幻片中的场景,你心动了吗?

  近日,来自美国莱斯大学的一群疯狂研究员通过针筒和胶水,成功地将一只死去的蜘蛛改造成为机械抓手,也就大家常说的蜘蛛机械手。

  重获“新生”的蜘蛛机器人保留了其“举重冠军”的能力,能举起其体重130%的物体,并且能承受近1000次的循环开合。

  在实验室里,蜘蛛机械手被用来营救被困的同伴。(doge)

  

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  变身电工师傅。

  

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  甚至是,扮演流水线中抓取物品的无情机械手。

  

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  看了这么多,想必大佬们也手痒痒想自己做一只蜘蛛机械手了~

  如何制作一只蜘蛛机械手?

  要制作一只蜘蛛机械手是一件非常简单的事,我们仅需准备三样物品:蜘蛛*1,氰基丙烯酸酯胶水(502胶水即可)*1,针筒*1。

  

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  涉及到的步骤仅有两步:1、将蜘蛛安乐死;2、将针筒通过胶水安装到蜘蛛身上并形成气密性封闭。

  核心原理是将蜘蛛的动力系统由原来的液压驱动转变为由针筒提供的气压驱动。

  

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  简单说,这个核心原理有点像我们平时吹气球。

  我们将针头插到蜘蛛身上,推动活塞将针筒里面的气体输送到蜘蛛体内的时候就相当于我们向气球里面吹气,针筒往回收则相当于我们将气球里面的气吸回来。胶水则是起到固定针筒以及防止漏气的作用。

  了解完原理,让我们正式进入蜘蛛机械手制作的第一步。将蜘蛛安乐死,获得一具完好的蜘蛛尸体。

  

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  实验室人员通过将蜘蛛暴露在-4℃的低温环境中5~7天实现了蜘蛛的安乐死,获得了像图中这样蜷缩成一团的蜘蛛。

  这种处理方式所获得的蜘蛛尸体在电子显微镜的扫描下被证实为当前最佳的方案。

  第二步:用胶水将针筒固定到蜘蛛体表上并实现气密性封闭。

  

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  在这里,我们将针头插入到靠近前肢的位置,这个位置是蜘蛛生前运动时液压产生的位置同时也是外骨骼较为坚硬的地方,用来安装蜘蛛的新动力源“针筒”再合适不过。

  

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  接下来便是将胶水滴到针头上,让其在重力的作用下自然流淌到蜘蛛体表并形成一个半月滩,在这之后静置10分钟,等胶水固定之后,你就可以获得一只属于自己的蜘蛛机械手了。

  在这一步,觉得自己手残,担心手抖的小伙伴们可以先拿普通的A4纸进行练习,因为A4纸的表面就跟蜘蛛的表面一样糙。

  

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  通过上面惊心动魄的10分钟,你也是一名生物改造家了,一只在常态下爪子闭合,有气压时爪子张开的蜘蛛机械手就做好啦

  

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  在你把蜘蛛机械手玩坏变成上面这样之前,让我们先了解下我们制作的蜘蛛机械手的属性,防止一不小心把它折腾坏了。

  假如你跟实验室小组用了同款蜘蛛制作机械手,那么你手头的机械手大概率跟实验组测得的数据相近,小伙伴可以参考这些数据了解到自己制作的机械手大致的使用场景。

  

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  首先为防止用力过猛,把蜘蛛机械手搞坏。小伙伴们可以了解下,实验所用的狼蛛在活着的时候,腿部的典型压力为4.0kPa至6.1kPa,所以推下针筒的时候不宜大力出奇迹,不然就会像吹爆气球一样,把蜘蛛给吹爆了~

  

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  夹持力方面,正如开头所说的那样,用于实验的蜘蛛为蜘蛛界的大力士“狼蛛”,其夹持力范围在0.02毫牛~0.35毫牛之间,小伙伴可以理解为它可以抓起来一颗头孢~

  其次,实验的蜘蛛本体质量为33.5毫克,但可以抓起质量1.34倍于自身的另一只蜘蛛同伴,举重能力杠杠的。

  

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  遇到体积远大于自身2.6倍的泡沫块,蜘蛛抓手亦能轻松拾取,其中位于蜘蛛腿上的纤毛提供了巨大的帮助。

  如果你用于制作蜘蛛机器手的蜘蛛品类跟研究人员所用的品类不同,你可以通过研究人员的另一项小研究了解到蜘蛛质量与其力量的关系,方便了解到不同蜘蛛品类的力量属性。

  

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  根据相关数据分析,实验人员预测“较小的蜘蛛能够承担超过其体重的重量”。

  在实验的参考对象中,质量为25mg的跳蛛将能够施加超过其自身重量200%的抓握力,嗯,抓起来几个小硬币。相比之下,Theraphosidae家族的歌利亚食鸟狼蛛,其质量为200克,只能抓住一个自身重量约10%的物体,大约是4个鸡蛋的重量。

  就像工厂里的机械设备需要定期保养以延长使用寿命一样。蜘蛛机械手同样需要进行进行保养,以此提高使用寿命。

  

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  科研人员在使用寿命测试中发现,蜘蛛机械手在1000次循环开合后,由于蜘蛛死亡后身体脱水,随着身体水分的减少,蜘蛛腿的髌股关节处失去润滑,开始出现机械性骨折。

  目前,较为研究人员通过在蜘蛛身上涂蜂蜡的方式可以减弱蜘蛛身体水分的流失。具有涂层的蜘蛛其水分流失量在10天内要比没有涂层的蜘蛛少17%。看来经常润滑关节,减少水分流失,研发新涂层来延长蜘蛛机器手的使用寿命也是很有必要的。

  让蜘蛛机械手自己动起来

  到这里,我们已经基本学会了包括一只蜘蛛机械手的制作。关于蜘蛛机械手能够为我们提供怎样的帮助,研究人员提出了在蜘蛛机械手上安装智能系统,实现蜘蛛机械手能够自动夹取物体的功能,最终让其参与到户外的生物研究当中。

  顺着研究人员的思路,我们不妨尝试将这些蜘蛛机械手鼓捣一下,看一看怎样改装蜘蛛机械手能满足研究人员的想法。

  首先,为了让蜘蛛具备自动夹取的功能,我们需要准备下面这些玩意:

  

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  传感器:用于辅助定位

  改装过的针筒:实际上就是微型气缸,通过继电器的信号实现针筒自行活塞运动

  一块单片机:给蜘蛛安一个大脑,告诉蜘蛛机械手该往哪里走

  移动支架:让蜘蛛在X/Y/Z轴的三维立体空间内有移动能力

  然后,小编也简单的找了一些素材,进行拼凑。最后,小编做出来的蜘蛛机械手是下面图片这样的。

  

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  嗯,用来做娃娃机其实也挺好的,小伙伴们可以用这个玩意来一场自制蜘蛛机械手大PK,看看谁的机械手在规定时间内抓到的娃娃多。

  

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  当然,严谨一点的改装,可以让蜘蛛机械手变身工厂流水线里面的机械手,小伙伴们可以将动图里面的机械手脑补成蜘蛛。

  毕竟,我们现在所使用的机械手的大部分灵感同样来自于蜘蛛,这一次算是机械手的老祖宗亲自上阵了。

  借鉴了工厂流水线机械手的思路,我们成功让蜘蛛机械手拥有了自动抓取物体的功能。当我想实现研究人员的下一个想法,实现改装蜘蛛机械手让其能够伪装到野外协助研究的时候,我发现,上面这一套设备好像过于笨重了。

  而如果想为蜘蛛机械手设计一套集成到其体内的精密智能系统,当下的制造业似乎无法满足需求。我们现阶段的制造业普遍在造大家伙特别在行,在需要制造微型的东西的时候,却有着很多需要突破的方面,其中组装就是一大拦路虎。

  就好像,我们让机械臂去举起一粒盐,那是不可能的。但小编忽然想到蜘蛛去举起一粒盐,它好像又可行了?想到这里的时候,小编意识到,既然上面的改装能让蜘蛛机械手参与到流水线生产当中,那么为何不用蜘蛛机械手为改装蜘蛛机器人提供服务?

  

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  蜘蛛机械手的出现似乎给多年徘徊在微观加工也门口的制造业打开了另一扇大门。

  原因是蜘蛛自身的体积够小,小到它给现在制造业的微观加工提供了一个新的方向。借助对蜘蛛机械手的研究,生产微型气动机械手,从而实现小型零部件的组装。

  

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  【 图片来源:哔哩哔哩 所有者:胡取自定义 】

  根据记录,世界上目前已知最小的蜘蛛为施展蜘蛛,其体长约0.43毫米,比印刷体的句号还要小。如果成功将其改装为蜘蛛机械手,那么我们就有可能实现小到0.01毫米的设备的构建。

  这似乎听起来很玄幻,比如去哪里找到那么小的气缸?这个不用担心,人类目前已经能加工出微米级别的事物,只是面对这些小物件我们缺乏能够自由移动组装他们的设备。蜘蛛机械手的出现则是提供了操作极小事物的可能。

  

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  也许真的有一天,这套蜘蛛智能系统被人研发出来了,然后有人diy成智能蜘蛛机器,就像这个动图里面的蚂蚁一样,去捡个钻石过来,貌似也不错。

  蜘蛛机械手还能这样玩

  当然,上面关于蜘蛛机器人的搭建对于我们来说比较遥远。我们还可以用普通的蜘蛛机械手做一些有趣的事情。

  

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  比如像上面的玩具手一样,我们可以通过蜘蛛机械手实现疫情时代下的“无接触出门”,虽然大概率会成为路人眼中的奇葩,邻居小孩眼里的怪叔叔。

  目前人类发现的蜘蛛种类超过4万种,这里面不乏有一些身怀绝技的蜘蛛。比如能够水上漂的捕鱼蛛、能够在海底深处自由行走的海蜘蛛。这些蜘蛛经过简单的改造统统能帮我们做一些有意思的事情。

  海底探测蛛

  我们都知道海洋占据了地球70%的面积,而人类对海洋的探索却不足5%。普通潜水艇下潜到1500米的深度可能就开始扁了,但海蜘蛛这种奇特的生物却能在3600米的海底自由活动。

  以往我们通过密度超强的金属硬扛压强,造价过高。在看BBC纪录片的时候,我们经常看到科研人员将摄像头伪装成各种动物,借此能够完美伪装到被观测的群体当中。

  如今我们可以尝试将目光投向海蜘蛛,经过一番改造,在蜘蛛的尾部安装一个小型推进器之类的物件,赋予其死亡后仍可行动的能力,在其头部安装探测仪,借助海蜘蛛的视角观测海底世界、甚至是采集海底物资。

  蜘蛛钓鱼竿

  捕鱼蛛是天生的捕鱼能手,其依靠腿部的绒毛能在水上站立、甚至不需要鱼饵,仅通过腿部震动,捕鱼蛛就能吸引到鱼儿前来。那么,将捕鱼蛛改造一下,就能够获得像实验室人员期待的那样,让实验成果参与到野外的实验当中。

  

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  同样的道理,我们跟之前改造的手法一样。这次我们将钓鱼竿的鱼钩换成捕鱼蛛,然后再在其身体上安装传感器,用于探测水里的鱼,同时给蜘蛛的爪子进行武装使其变得尖锐。当鱼靠近蜘蛛时,传感器接收到信号,气动开关自动闭合,完成捕鱼的过程。emmm,过程是不是有点不够科研?但目标算是完成了。

  诞生源自对蜘蛛死亡的思考

  蜘蛛机械手的诞生源于作者Te Faye Ya在搬离实验室时的一个思考。在搬离实验室的时候,Te Faye Ya发现一只死亡的蜘蛛,同时提出了为甚蜘蛛死后身体会蜷缩成一团这一问题。最终演变到将死去的蜘蛛复活成蜘蛛机械手。发明创造的灵感往往源自于我们生活中被我们忽略的细节。

  蜘蛛机械手的研究,对于机械手的研发是不可多得的宝贵经验,对于生物学来讲,同样是一次非凡的探险。我们还可以借助3D打印的技术还原出蜘蛛的身体,推动软体机器人领域的研究、

  即便现在,蜘蛛机械手的科研成果在目前或者在未来几年里还会局限于实验室的场景,但从参考蜻蜓制作飞机到从鱼身上获取灵感发明潜艇,再到以蜘蛛为灵感改进机械手。仿生学在人类科技文明的发展中拥有着至关重要的作用。

  或许在某一天,蜘蛛机械手和蜘蛛机器人真的会来到我们身边,而现在,就是我们见证这个奇迹开始的时候。

  

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  目前,莱斯特大学的科研团队将这项研究发表在《Advanced Science》上,感兴趣的小伙伴们同样可以去做深入了解。

  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202201174


标签: 动物 蜘蛛 科学家

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