古生物学家不会轻率被进化的 “死巷子” 或是保重的化石纪录所难倒。在往常几年里,他们研发出了一种全新的酌量妙技:制作史前动物的施行机器东说念主模子,以完满 “时光倒流”进而深远探究史前动物。
科学家们暗意,在莫得活体样本的情况下,一个有时行走、遨游、拍浮或蠕动的机器东说念主,是酌量已灭尽生物活动的最好替代聘用。对这些生物的畅通花样了解得越多,就越能揭示它们生活的方方面面,比如历史溜达范围和觅食习性。
数字模子在预测动物生物力学方面发达不俗,但在模拟复杂环境(如不幽谷面、松散地形和湍急水流)方面仍面对挑战。借助机器东说念主,科学家们只需不雅察它在不同环境中的活动即可。“咱们不错告成不雅察其活动,而无需纠结于模拟中的每一个细节。”柏林洪堡大学的进化生物学家 John Nyakatura 暗意。
古生物学与机器东说念主时间的纠合,发源于更为锻练的仿生机器东说念主学鸿沟。在该鸿沟中,科学家们会依据当代动物来缱绻机器东说念主。可是,古生物机器东说念主学家在缱绻机器东说念主系统时面对着异常的勤苦,因为他们莫得现有生物作为参考。
为了克服这一限制,他们从当代、后代或是不齐全的化石纪录等 “次优选项” 中索要信息。为确保酌量场所正确,他们可能会尝试从当代动物群中回来出从进化树共同祖宗分化而来的一般特征,也可能借助物理学道理,探寻动物最合理的畅通花样。毕竟,生物在数百万年的时刻里可能发生了雄伟变化,但当然的基本定律却莫得变。
当代时间的逾越正推动古生物启发机器东说念主学过问黄金期间。臆测机支持缱绻和 3D 打印等前沿制造时间,让酌量东说念主员有时快速制作出原型。新材料拓宽了机器东说念主畅通戒指的阶梯,矫正后的 3D 成像时间则使酌量东说念主员有时以前所未有的精度对化石进行数字化处理。
这些时间王人有助于古生物机器东说念主学家制造出更为传神的机器东说念主。与老一代机器东说念主僵硬的动作不同,新一代机器东说念主有时完满更接近实在动物的通晓畅通。
如今,酌量东说念主员距离酌量那些独一让灭尽动物“回生”智商探究的活动问题越来越近。“咱们确凿以为,这是一个尚未得到充分建筑的鸿沟,机器东说念主时间有时为科学酌量作念出紧迫孝顺。”英国剑桥大学的机器东说念主大众 Michael Ishida 在其对于该鸿沟的综述酌量中写说念。
以下是四个示例,展示了这些机器东说念主怎么揭示邃古生物的巧妙。
OroBot 机器东说念主
2010 年代后期,John Nyakatura 勤勉于酌量一种名为 Orobates pabsti 的已灭尽生物的步态。这种算作动物生活在 2.8 亿年前,由于其活命年代早于哺乳动物和爬活动物的分化,内容上与这两个类群的终末一个共同祖宗联系,因此充满了深重颜色。John Nyakatura 在与一位机器东说念主大众相见后获取了冲破,这位大众制作了一个以当代四足动物(蝾螈)为灵感的机器东说念主。
首先在屏幕方面,一加Ace5从上一代1.5K分辨率曲面屏变成直屏设计,喜欢曲面屏质感的小伙伴认为是“降级”,但对于喜欢直屏但用户却认为是“升级”,具体表现不好做评价。其他参数方面变化不大,同样为4500尼特峰值亮度、1~120Hz自适应刷新率等,两款手机显示效果没太大差异。
过去几年,三星旗舰机只有标准版、Plus、Ultra三个版本手机,第二年可能推出FE廉价版不算旗舰版本。最新多方消息证实,明年iPhone17系列将推出一款超薄版本,有望以“Air”命名,三星提前狙击苹果推出三星Galaxy S25 Slim版本。
这段相助源于一次偶然的交流,John Nyakatura 回忆说念:“咱们那时就是边喝啤酒边聊天。” 随后,团队在现有机器东说念主蓝图的基础上进行篡改,古生物学家向机器东说念主大众提供化石的剖解参数用于机器东说念主的构建,并将这个新发明定名为 OroBot。
OroBot 的尺寸比例参考了化石的 CT 扫描数据。酌量东说念主员使用现成的零件拼装机器东说念主,由于步履致动器(将能量迤逦为畅通的安设)体积较大,他们不得不将 OroBot 的长度扩大到约 1.4 米,是其原始尺寸的两倍。
此外,接头到脚是结构复杂、难以复制的部位,有着正常的畅通范围和大宗结缔软组织,团队为机器东说念主配备了柔性垫来代替精准复原剖解结构的脚,这使得 OroBot 看起来像是穿戴东说念主字拖在行走。
不外,机器东说念主的缱绻师在其他细节上破耗了大宗心想,比如其 3D 打印的东说念主造骨头,不仅被涂成了红润的心理,还带有骨质纹理,以更好地师法原始化石。John Nyakatura 评价说念:“你能看出工程师们确凿很可爱这个机器东说念主,他们是发自内心性心疼它。”
OroBot 完成后,John Nyakatura 的团队将其放在跑步机上,不雅察它的爬行花样。通过测量机器东说念主的能量奢华、畅通褂讪性以越过踪影与化石脚印的相似性,酌量东说念主员得出论断:Orobates 的行走花样可能近似于当代凯门鳄(鳄鱼的至亲),迪士尼彩乐园呈现出扭捏的步态。他暗意,“咱们以为找到了这种更先进的陆地畅通花样的凭据,比之前瞻望的时刻提前了约 5000 万年,这改变了咱们对早期四足动物进化花样的领略。”
菊石机器东说念主
菊石是生活在恐龙期间的带壳头足类动物,与当代的鱿鱼、章鱼属于消逝类别。如今,菊石仅存的谱系是鹦鹉螺,但菊石化石数目丰富,为酌量菊石壳并构建机器东说念主模子的酌量东说念主员提供了大宗有价值的参考贵寓。
2020 年至 2022 年期间,进化生物力学家 David Peterman 在犹他大学担任博士后酌量员,他想要酌量不同菊石壳的结构对其在水下畅通的影响,简便来说,就是阐述 “菊石是否有时拍浮”。
仅从化石很丢脸出菊石在水生环境中的畅通,它们可能是摇晃、逐渐移动,也可能是收缩游动。为了找到谜底,他决定制作一个机器东说念主进行施行。
复制化石中菊石壳的大小和局势相对容易,但实在的挑战在于机器东说念主商业水面时的发达。分量溜达至关紧迫,抵挡衡的 “生物” 会在水中翻腾、舞动。为惩处这一问题,彼得曼在机器东说念主里面加多了配重,以均衡电板和喷气鼓吹器的分量,同期还需接头全体质料,确保机器东说念主在水中既不会飘浮也不会下千里,达到中性浮力情状。
接下来即是道理的要领,领有不同大小外壳的机器东说念主在大学奥林匹克步履拍浮池中进行 “竞速比赛”,眩惑了浩荡健身爱好者的眼光。他发现,菊石需要在褂讪性和天真性之间找到玄妙的均衡,并不存在一种系数最优的外壳结构。
较窄的壳更褂讪,有时在保持耸立的同期破浪前行;较宽的壳则更灵活,但菊石需要奢华更多能量来保持耸立。最终,酌量团队得出论断:古代菊石所采选的外壳结构,与其独到的生活花样和拍浮局势相允洽,或者说这种外壳结构最终塑造了它们的生活花样和畅通局势。
机器鱼
如若机器东说念主大众在酌量时莫得化石作为参考该何如办呢?这恰是 Michael Ishida 团队面对的勤苦。他们但愿深远了解近 4 亿年前古代海洋动物是怎么初度从海洋转移到陆地并学会行走的。
由于穷乏过渡化石,酌量东说念主员将眼光转向了当代有时行走的鱼类。这些鱼类展示出了多种各样的 “步态”,比如肩章鲨用四鳍爬行,弹涂鱼在陆地上像蝴蝶相似划动。就像是“条条正途通罗马”,多种古代鱼类以不同的行走花样完满了从海洋到陆地的过渡。Michael Ishida 团队决定专注酌量一种特定的 “步态”:塞内加尔多鳍鱼的半步半滑行。
内容上,该团队制作的 “机器鱼” 与现有的塞内加尔多鳍鱼看起来并不相似。机器鱼的主体由刚性部件构成,而非柔嫩的柔性团聚物,这是一个简化版块,因为团队旨在寻找能让近似鱼类的生物用附肢上前鼓吹的最基本特征和动作组合。
Michael Ishida 暗意:“‘最基本’这个词可不好把合手。” 但机器东说念主施行有时匡助摒除那些在物理上不太可能的情况。他还提到:“至少咱们不错通过实考据明,凭借这种特殊的骨骼结构或要道形态,某种鱼有可能在陆地上行走。” 团队从师法当代鱼初始,不断简化机器东说念主,直到它无法再上前移动,这一历程就像是在进化时刻线上 “逆向回溯”。
该团队但愿能尽快在学术期刊上发表酌量效果。即便在忙着撰写论文的历程中,Michael Ishida 也深知我方有时从事这项兼具改日目的和史前酌量特点的职责是何等运道。他感触说念:“制造机器东说念主和酌量恐龙是每个孩子的渴望,而我每天王人在完满这两个渴望。”
Rhombot 机器东说念主
简短 4.5 亿年前,一种体型近似超大精子的棘皮动物在海底爬行。这种名为侧囊虫的生物早已灭尽,但其存在的凭据仍保存在浩荡化石中。可是,它怎么移动于今照旧个谜,因为莫安妥代动物与这个圆饱读饱读的小生物相似。
卡内基梅隆大学的机械工程师 Carmel Majidi 一直在制作近似于海星和其他当代棘皮动物的机器东说念主。随后,他的团队决定诓骗相通的时间,酌量它们的邃古祖宗侧囊虫,试图解开其畅通之谜。
Carmel Majidi 团队鉴戒了之前制作软机器东说念主的警戒。他提到:“咱们面对的主要挑战是将驱动安设融入生物体中。” 侧囊虫的尾巴需要既柔韧,又能像实在的肌肉相似变硬。在尾部镶嵌频繁由坚毅材料制成的预制电机并不成行。最终,团队采选局势牵记合金进行制作,这种金属有时根据温度变形或保持局势。通过电刺激对尾部进行局部加热,科学家们就能让它抨击和舞动。
酌量东说念主员测试了不同长度的尾巴对机器东说念主全体畅通的影响。Carmel Majidi 制作的 Rhombot 机器东说念主和 2023 年发表的臆测机模拟收尾王人标明,侧囊虫可能是通过控制舞动尾巴,以扫动的花样推动我方前进,其速率取决于尾巴的刚度和躯壳角度。
酌量团队还发现,领有较长的尾巴(最长可达 60 厘米)更具上风,有时在不加多能耗的情况下栽培畅通速率,而这一论断也得到了化石纪录的证实。接下来,酌量东说念主员规划在更多不同名义纹理(如泥泞地形)上测试 Rhombot 机器东说念主。
Shi En Kim 是一位居住在华盛顿特区的解放科学作者迪士尼彩乐园3彩票。