在過去的兩個星期裡，世界各地的大部分人都目不轉睛地觀看奧運體操運動員為了金牌而翻轉、跳躍和跳馬。在聚光燈的照射下，這些運動員將畢生的練習和身體掌握化為現實，表演著普通人難以想象的超人技巧。
但是在2020年東京奧運會場館之外，每天都在上演著另一種雜技表演。無論是在更靠近奧運會的日本森林中，還是在世界各地的樹梢上，松鼠都會在空中跳躍數米，從一根樹枝跳到另一根樹枝。在這個自然舞臺上，風險有所不同：松鼠匆忙地四處尋找食物，同時還要躲避偶爾出現的空中捕食者，如鷹。但是，加州大學伯克利分校的生物力學研究員羅伯特·富爾說，它們在具有挑戰性和不可預測的樹冠環境中穿梭的速度和輕鬆程度“令人歎為觀止”。這些動物可以輕鬆地跳躍相當於自身體長數倍的距離。富爾說，我們真的不知道它們是如何做到的。“它們怎麼知道自己身體有能力完成這些跳躍？”他問道。
富爾解釋說，松鼠身體和思想之間的協調不僅僅是人類觀察者的好奇心。這些精湛的動作可能會影響更智慧機器人的設計，融入松鼠的一些最佳身體特徵：它們靈活的脊椎、抓地力強的爪子和抓握爪。而且松鼠不僅僅是膽大的雜技演員；它們也是熟練的學習者。“它們的記憶力非常好，”紐約州勞登維爾錫耶納學院的生物力學研究員格雷戈裡·拜恩斯說。拜恩斯說，你看到的在公園裡奔跑的松鼠很可能以前走過相同的路線，並在大腦中繪製了路線。當冬天天氣變冷時，勤奮的齧齒動物會回憶並取回它們藏在領地各處的許多堅果。內布拉斯加大學奧馬哈分校的生物力學研究員納撒尼爾·亨特說，正是這種儲存食物的行為使它們與其他樹棲動物（如一些靈長類動物）區分開來。他說，將這種學習能力與反應靈敏、靈活的身體結合起來，你就能製造出非凡的機器人。
支援科學新聞事業
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事業： 訂閱。透過購買訂閱，您將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。
亨特和他的同事希望評估松鼠技能的三個方面：它們的決策能力、學習能力和創新能力。為了捕捉自由放養動物的能力，研究人員決定在加州大學伯克利分校附近森林的戶外環境中測試野生狐狸松鼠的這些品質。首先，他們必須讓野生松鼠真正參與實驗——對於如此狡猾的動物來說，這不是一件容易的事。“有些松鼠會分心，然後決定，‘是時候睡個午覺了’，”亨特說。幸運的是，大多數受試者在嘗試了幾次並獲得了一些獎勵花生後，都明白了該怎麼做。正如任何有喂鳥器的園丁都會告訴你的那樣，“它們非常有食物動力，”亨特說。
研究人員讓松鼠透過一個戶外障礙訓練場，並用高速錄影跟蹤它們的跳躍。在一項任務中，他們引誘受試者從類似跳板的樹枝狀木杆上跳過不同距離的間隙。這些突出部在松鼠的重量下很容易彎曲，這取決於動物離“樹幹”有多遠。這種情況迫使它們做出決定：它們應該從樹枝的末端跳躍以縮短距離，但要冒著樹枝彎曲時不穩定彎曲的風險嗎？或者它們應該在發射時靠近“樹幹”，但要冒著跳躍距離更長的風險？研究人員在今天發表在《Science》雜誌上的一篇論文中報告說，松鼠對樹枝彎曲程度的敏感度是跳躍距離的六倍。“它們受樹枝彎曲程度的影響遠大於它們必須跳躍的距離，”亨特在談到松鼠時說。
亨特推測，在它們的小腦袋裡，可能存在一種自信的因素：松鼠對自己跳躍能力的把握遠比對身下彎曲的樹枝不會斷裂和墜落的把握更大。當科學家改變樹枝的柔韌性或跳躍距離時，松鼠會迅速調整其技術以適應這些變化，在幾次嘗試中學會改變其發射速度。
但是，當研究小組將“樹枝”靠在垂直牆壁上以進一步延長跳躍距離時，真正的樂趣開始了。令人驚訝的是，松鼠們並沒有僅僅在突出部之間跳躍，而是以各種跑酷般的動作彈跳並從牆壁上推開，研究人員對此進行了量化和編目。亨特說，松鼠利用牆壁建立了一個額外的接觸點，以便在空中進行調整，要麼進一步推進自己前進，要麼在從垂直表面傾斜時剎車減速。“真正讓我驚訝的一件事是，它們會利用任何可以觸及的結構，”他說。富爾解釋說，科學家們並沒有期望松鼠會利用牆壁來發揮它們的優勢，或者在隨後的試驗中改進它們的跑酷技術。“它們就在我們眼前創新！”他說。在所有試驗中，沒有一隻松鼠掉下來。有些松鼠並沒有以完美的技巧落在目標表面上：例如，它們可能會在平臺下襬動或傾覆。但是，這些動物每次都能成功著陸。
“這真是太酷了，”沒有參與這項研究的拜恩斯說。“這是對動物所做的但我們不知道如何描述的這些事情的很好的量化。”拜恩斯說，他很想了解跳躍的更深層機制，看看四肢在做什麼，以及松鼠在不同型別的跳躍中會損失多少能量。亨特和富爾團隊的工作是一項更大規模、多機構合作的一部分，旨在研究和應用松鼠運動的原理。除了創造能夠做出類似動作的機器人外，研究人員還在研究松鼠在進行這些瞬間跳躍時大腦中究竟發生了什麼，以及隨著幼年松鼠的成長，做出這些跳躍的行為是如何隨著時間推移而發展的。富爾說，儘管這些動物無處不在，但我們才剛剛開始瞭解和欣賞它們如何在樹梢間奔跑。“它們做出了很棒的選擇，而且它們非常有創造力，”他補充道。“它們非常出色。”