尽管现代基因组研究取得了令人难以置信的进步，但科学远未能够克隆像侏罗纪公园中虚构的那些已灭绝已久的动物。即使是相对最近的灭绝仍然极其困难克服。然而，一个将机器人技术与古生物学相结合的创新研究分支，确实让科学家们以不同的方式带回了早已逝去的生物：不是用细胞和 DNA，而是用工程技能和电池。
一个跨学科团队构建了一个机器人模型，模拟了一种奇异且已灭绝的现代海星祖先。通过上周发表在《美国国家科学院院刊》Proceedings of the National Academy of Sciences USA上的这项工作，研究人员为了解棘皮动物（包括海星、蛇尾、海胆、沙钱和海参的动物分支）的一个分支可能如何进化并在古代海底移动打开了一扇窗户。而这项机器人复兴也可能激发未来工程和设计方面的创新。
伦敦自然历史博物馆研究动物进化起源的古生物学家伊姆兰·拉赫曼说：“出于多种原因，侏罗纪公园是不可能实现的。”他没有参与这项新研究。相反，这个机器人“是我们能够得到的最接近这些动物活体的方式之一。”
关于支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
所讨论的动物是Pleurocystites，一种生活在大约 4.5 亿年前古生代时期的海洋无脊椎动物，被认为是第一批能够自由运动的棘皮动物群体之一。Pleurocystites是两侧对称的，这与其许多呈辐射对称的亲戚相反。它有一个坚硬的钙化中心体，称为萼，带有三个附属物：一端是两个短而弯曲的摄食部分，称为腕羽，另一端是一个较长、肌肉发达的附属物，称为茎。
根据囊胞类解剖结构设计的 Rhombot 机器人测试平台图像。图片来源：卡内基梅隆大学机械工程系
这种小型生物只有几厘米长，在化石记录中很常见。然而，关于它们的生活或运动方式，几乎一无所知，西班牙地质调查局的古生物学家和棘皮动物研究员、这项新研究的作者之一塞缪尔·萨莫拉说。拉赫曼同意：“多年来，我一直试图弄清楚这些已灭绝的怪家伙是如何生活的。你知道，它们是如何移动或进食的？”他补充说，这项新研究“是解决这些长期存在的问题的一种非常、非常令人兴奋的方式。”
工程师们经常从自然界中汲取灵感。2017 年，研究人员开发出一种合成材料，可以像章鱼皮肤一样改变纹理以增强伪装效果。十多年前，壁虎开始启发新型粘合剂。科学家们还创造了所谓的仿生机器人，模仿生物，以研究动物行为。一个早期的例子来自 1995 年，当时芭芭拉·韦伯推出了一种蟋蟀机器人，旨在深入了解蟋蟀的交配行为。而这个新的Pleurocystites机器人并不是机器人专家第一次根据化石记录重新创造动物或其身体部位，以推断曾经活着的生物如何在世界中导航。密歇根大学的机器人研究员和机械工程师塔利亚·摩尔说，这项新研究是第一个创造出已灭绝棘皮动物机器人的研究，而且其独特之处在于将古生物学家纳入了研究团队，她没有参与这项新研究。“我认为这是古生物学和仿生机器人学之间真正美丽的融合，”摩尔说。“很少见到这两个领域之间如此深入交织的研究。”
研究人员根据萨莫拉和另一位古生物学家对化石记录的分析以及计算机建模创建了他们的机器人设计。他们进行了虚拟模拟，以测试各种运动假设的可行性，然后构建了按比例放大的Pleurocystites模型。柔软的附属物由硅胶和弹性体制成，形状记忆合金线圈使机器人的“尾巴”能够模仿动物的肌肉茎。科学家们在模拟坚硬地面并覆盖一层水的水箱中测试了他们的机器人。
通过不同的试验，工程师们改变了各种设计元素——例如茎附属物的长度、刚度和移动量——以确定哪种运动可能最有利于在古生代海底导航。卡内基梅隆大学机械工程博士生、该研究的共同第一作者理查德·德萨特尼克说，在这个过程中，团队经历了“令人沮丧的数量”的机器人。最终，研究人员发现，茎的左右运动可能推动Pleurocystites朝腕羽向前的方向运动。研究人员还确定了理想的茎长（大约是萼长度的四倍）、步态（幅度大、扫动幅度大的运动）和刚度（刚性而非柔性）。
根据与类似大小的现代亲戚的比较，由此产生的机器人模型的移动速度与预期的大致相同。它的比例与化石记录非常吻合，并为古生物学证据提供了可能的解释，即Pleurocystites的茎随着时间的推移进化得更长。拉赫曼说，这些发现“有道理”，并为Pleurocystites运动方式这个长期存在的谜团提供了一个可能的答案。
摩尔说，尽管机器人的蠕动看起来缓慢而笨拙，但它也蕴含着潜在的工程经验。她说，设计受生物启发的机器人可以产生更多样化和动态的形式，“真正推动我们在新的方向上创新”。卡内基梅隆大学机械工程师、该研究的共同作者卡梅尔·马吉迪说，在这种情况下，复制已灭绝的棘皮动物促使人们产生了将软质和刚性机器人组件相结合的新想法。
尽管如此，Pleurocystites机器人仍有局限性。摩尔指出，首先，“不可能确切知道”这些已灭绝的动物是如何移动的。该机器人代表了一个很好的猜测，并得到了巧妙的物理演示的支持——但这显然不是确凿的证据。而且，尽管是按比例建造的，但该机器人比化石生物本身大约大四倍。马吉迪说，他想尝试制作一个更小的版本。此外，他和他的同事们还想在不同的基质上测试该机器人。Pleurocystites被认为生活并在各种海底类型——柔软、泥泞、沙质和岩石——上移动，不同的地面条件可能会极大地改变最有利的运动方式。
瓦萨学院跨学科机器人研究实验室的生物学家、认知科学家和联合创始人约翰·朗指出，这项研究没有检验茎长、刚度和步态的变量是如何相互作用的——研究人员也没有测试茎振荡频率的变化。“他们已经有了一个开始，”朗说。虽然“这是研究这些棘皮动物化石非常重要的第一步”，但这项研究本身并不是对所有Pleurocystites可能性的完整探索。
关于这种早已消失的无脊椎动物，还有许多有待揭示之处。但至少侏罗纪公园的粉丝们可以安心，因为无论是这种已灭绝的动物还是它的机器人克隆体，都不具备开门的能力。