儘管現代基因組研究取得了令人難以置信的進步，但科學遠未能夠克隆像侏羅紀公園中虛構的那些已滅絕已久的動物。即使是相對最近的滅絕仍然極其困難克服。然而，一個將機器人技術與古生物學相結合的創新研究分支，確實讓科學家們以不同的方式帶回了早已逝去的生物：不是用細胞和 DNA，而是用工程技能和電池。
一個跨學科團隊構建了一個機器人模型，模擬了一種奇異且已滅絕的現代海星祖先。透過上週發表在《美國國家科學院院刊》Proceedings of the National Academy of Sciences USA上的這項工作，研究人員為了解棘皮動物（包括海星、蛇尾、海膽、沙錢和海參的動物分支）的一個分支可能如何進化並在古代海底移動打開了一扇窗戶。而這項機器人復興也可能激發未來工程和設計方面的創新。
倫敦自然歷史博物館研究動物進化起源的古生物學家伊姆蘭·拉赫曼說：“出於多種原因，侏羅紀公園是不可能實現的。”他沒有參與這項新研究。相反，這個機器人“是我們能夠得到的最接近這些動物活體的方式之一。”
關於支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
所討論的動物是Pleurocystites，一種生活在大約 4.5 億年前古生代時期的海洋無脊椎動物，被認為是第一批能夠自由運動的棘皮動物群體之一。Pleurocystites是兩側對稱的，這與其許多呈輻射對稱的親戚相反。它有一個堅硬的鈣化中心體，稱為萼，帶有三個附屬物：一端是兩個短而彎曲的攝食部分，稱為腕羽，另一端是一個較長、肌肉發達的附屬物，稱為莖。
根據囊胞類解剖結構設計的 Rhombot 機器人測試平臺影像。圖片來源：卡內基梅隆大學機械工程系
這種小型生物只有幾釐米長，在化石記錄中很常見。然而，關於它們的生活或運動方式，幾乎一無所知，西班牙地質調查局的古生物學家和棘皮動物研究員、這項新研究的作者之一塞繆爾·薩莫拉說。拉赫曼同意：“多年來，我一直試圖弄清楚這些已滅絕的怪傢伙是如何生活的。你知道，它們是如何移動或進食的？”他補充說，這項新研究“是解決這些長期存在的問題的一種非常、非常令人興奮的方式。”
工程師們經常從自然界中汲取靈感。2017 年，研究人員開發出一種合成材料，可以像章魚皮膚一樣改變紋理以增強偽裝效果。十多年前，壁虎開始啟發新型粘合劑。科學家們還創造了所謂的仿生機器人，模仿生物，以研究動物行為。一個早期的例子來自 1995 年，當時芭芭拉·韋伯推出了一種蟋蟀機器人，旨在深入瞭解蟋蟀的交配行為。而這個新的Pleurocystites機器人並不是機器人專家第一次根據化石記錄重新創造動物或其身體部位，以推斷曾經活著的生物如何在世界中導航。密歇根大學的機器人研究員和機械工程師塔利亞·摩爾說，這項新研究是第一個創造出已滅絕棘皮動物機器人的研究，而且其獨特之處在於將古生物學家納入了研究團隊，她沒有參與這項新研究。“我認為這是古生物學和仿生機器人學之間真正美麗的融合，”摩爾說。“很少見到這兩個領域之間如此深入交織的研究。”
研究人員根據薩莫拉和另一位古生物學家對化石記錄的分析以及計算機建模建立了他們的機器人設計。他們進行了虛擬模擬，以測試各種運動假設的可行性，然後構建了按比例放大的Pleurocystites模型。柔軟的附屬物由矽膠和彈性體制成，形狀記憶合金線圈使機器人的“尾巴”能夠模仿動物的肌肉莖。科學家們在模擬堅硬地面並覆蓋一層水的水箱中測試了他們的機器人。
透過不同的試驗，工程師們改變了各種設計元素——例如莖附屬物的長度、剛度和移動量——以確定哪種運動可能最有利於在古生代海底導航。卡內基梅隆大學機械工程博士生、該研究的共同第一作者理查德·德薩特尼克說，在這個過程中，團隊經歷了“令人沮喪的數量”的機器人。最終，研究人員發現，莖的左右運動可能推動Pleurocystites朝腕羽向前的方向運動。研究人員還確定了理想的莖長（大約是萼長度的四倍）、步態（幅度大、掃動幅度大的運動）和剛度（剛性而非柔性）。
根據與類似大小的現代親戚的比較，由此產生的機器人模型的移動速度與預期的大致相同。它的比例與化石記錄非常吻合，併為古生物學證據提供了可能的解釋，即Pleurocystites的莖隨著時間的推移進化得更長。拉赫曼說，這些發現“有道理”，併為Pleurocystites運動方式這個長期存在的謎團提供了一個可能的答案。
摩爾說，儘管機器人的蠕動看起來緩慢而笨拙，但它也蘊含著潛在的工程經驗。她說，設計受生物啟發的機器人可以產生更多樣化和動態的形式，“真正推動我們在新的方向上創新”。卡內基梅隆大學機械工程師、該研究的共同作者卡梅爾·馬吉迪說，在這種情況下，複製已滅絕的棘皮動物促使人們產生了將軟質和剛性機器人元件相結合的新想法。
儘管如此，Pleurocystites機器人仍有侷限性。摩爾指出，首先，“不可能確切知道”這些已滅絕的動物是如何移動的。該機器人代表了一個很好的猜測，並得到了巧妙的物理演示的支援——但這顯然不是確鑿的證據。而且，儘管是按比例建造的，但該機器人比化石生物本身大約大四倍。馬吉迪說，他想嘗試製作一個更小的版本。此外，他和他的同事們還想在不同的基質上測試該機器人。Pleurocystites被認為生活並在各種海底型別——柔軟、泥濘、沙質和岩石——上移動，不同的地面條件可能會極大地改變最有利的運動方式。
瓦薩學院跨學科機器人研究實驗室的生物學家、認知科學家和聯合創始人約翰·朗指出，這項研究沒有檢驗莖長、剛度和步態的變數是如何相互作用的——研究人員也沒有測試莖振盪頻率的變化。“他們已經有了一個開始，”朗說。雖然“這是研究這些棘皮動物化石非常重要的第一步”，但這項研究本身並不是對所有Pleurocystites可能性的完整探索。
關於這種早已消失的無脊椎動物，還有許多有待揭示之處。但至少侏羅紀公園的粉絲們可以安心，因為無論是這種已滅絕的動物還是它的機器人克隆體，都不具備開門的能力。