科学解释了为什么章鱼的手臂不会粘在一起

章鱼的手臂可以轻松地抓住任何光滑的表面,而且,在大多数情况下,它们不需要向大脑传达它们的位置。这种能力使它们成为机器人行业的宠儿,机器人行业曾多次尝试重现它们在水下的抓取能力。然而,尽管在破解章鱼吸盘的机理方面做了大量的工作,研究人员却从未问过一个看似尖锐的问题:如果章鱼大部分时间都不知道自己的手臂在哪里,它们如何避免吸盘粘在自己的皮肤上?...

章鱼的手臂可以轻松地抓住任何光滑的表面,而且,在大多数情况下,它们不需要向大脑传达它们的位置。这种能力使它们成为机器人行业的宠儿,机器人行业曾多次尝试重现它们在水下的抓取能力。然而,尽管在破解章鱼吸盘的机理方面做了大量的工作,研究人员却从未问过一个看似尖锐的问题:如果章鱼大部分时间都不知道自己的手臂在哪里,它们如何避免吸盘粘在自己的皮肤上?


根据今天发表在《当代生物学》上的一项新研究,答案是化学的。通过一系列实验,研究人员发现章鱼的皮肤中会产生防止手臂缠结的分子。此外,在某些条件下,这些动物能够阻止这些分子做自己的事情,以便抓住其他章鱼。”每个人都知道章鱼武器的知识缺乏,但没有人愿意研究这一点,”耶路撒冷希伯来大学的神经学家Guy Levy和这项研究的合著者说。现在我们知道他们有一个内置的机制,防止他们抓住章鱼的皮肤。”

“大脑想要抓住截肢的手臂,但手臂拒绝了。”

然而,最令人惊讶的是,允许动物抓住其他章鱼皮肤的“关闭开关”并不能完美工作。事实上,这很容易出错。”在某些情况下,当我们提交一条被截肢的手臂时,章鱼会像其他食物一样抓住它,用手臂之间的皮肤网紧紧地抓住它但有时章鱼会靠近手臂,绕着手臂跳舞很长时间,有时甚至几十分钟。”Levy说,这表明章鱼的神经系统可能存在内部冲突,手臂有自己分散的神经系统,大脑发出不同的信号,高度矛盾的信号。”“大脑想要抓住截肢的手臂,”利维说,“但手臂拒绝了。”

为了研究这一现象,研究人员进行了许多新颖的实验,其中大部分涉及观看章鱼被截肢的手臂抓取各种物体。”“章鱼的手臂在截肢后一个多小时内是活跃的,”Levy说,在这段时间里,章鱼保持着“几乎任何东西”的附着能力。但即使与身体其他部分分离,章鱼的手臂仍然无法抓住新鲜的章鱼皮——不管它是否附着在章鱼身上。”我们认为原因可能是电的,”Levy说,但被截肢的手臂抓住剥皮的章鱼手臂并不困难,因此似乎不太可能有电机制。

在另一项实验中,研究人员证明,这种机制与质地或电无关,因为被截肢的手臂无法抓住“重建的皮肤”,而“重建的皮肤”已被分解成其组成分子并嵌入凝胶中。因此,只剩下一种可能性:一种化学可能性。

手臂被截肢后,“程序”将继续运行

不幸的是,还有很多研究人员不知道。”Levy说:“我们不知道涉及到哪些分子,但我们知道皮肤中的分子在吸盘中被感知,这抑制了依附行为。”研究人员认为,这是一个“内置程序”,在手臂被截肢后仍然存在。然而,当一只手臂仍然依附在它的主人身上时,“大脑可以决定取消这个程序,强迫手臂抓住皮肤。”

除了有时效果不太好,章鱼最终会“跳舞”,而它们的神经系统会想出如何处理相互冲突的信号。”我认为,这一发现本身非常有趣,”意大利斯库拉高级圣安娜生物机器人学教授塞西莉亚·拉斯基(Cecilia Laschi)说,她没有参与这项研究,但一直致力于**章鱼机器人这是我认为以前没有人调查过的事情,但事实上这一发现确实令人印象深刻。”拉斯基认为,在软机器人中复制这种精确的机制可能是不可能的,但研究人员可以“利用这一原理”想出“抑制吸盘附着的其他机制。”

避开某些物体的外科工具

这是利维和他的团队已经在考虑的事情。Levy和一组欧洲研究人员目前正在运行一个名为STIFF-FLOP的软机器人项目,他希望**一种外科工具,模仿章鱼优先避免抓取某些物体的能力。”我们的目标是建立一个外科软机械手,它可能能够在人体内滚动,同时避免手臂和人体环境中不参与其任务的部分之间的相互作用,如肠壁。”

利维警告说,这种工具还有很长的路要走。现在,研究人员希望弄清楚哪些分子起作用,以及其他种类的章鱼和头足类是否使用相同的机制。”我们一直在发现越来越多关于这种动物的令人惊讶的信息,”利维说。他说,由于章鱼独特的结构,随着时间的推移,它们会发展出全新的机制,因此我们需要一段时间才能了解它们是如何工作的。”它确实是一种特殊的动物。”

  • 发表于 2021-08-17 09:14
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