星期一, 22 1月 2024 14:03

毛毛虫竟可变身 “风火轮”

毛毛虫的身体一般用其典型一伸一缩的方式缓慢地爬行。

Wiki/Susanna Giaccai毛毛虫
图 A B. 当它们遇到危险时,可以迅速将自己变成一个滚轮

但有些种类的毛毛虫竟然还有快速逃跑的特技,称为“暴走滚轮(ballistic rolling)”。

例如珍珠母蛾(Pleuroptya ruralis)的幼虫就有这样的特技,当它们遇到危险时,可以迅速将自己变成一个滚轮(见图A和 B),1,2然后以每秒约40厘米的速度滚动,最多可以滚动五圈——这比它普通的爬行速度快约40倍。而且这种毛毛虫可以在60毫秒(0.06秒)内从爬行状态转变为滚动的状态。

现在已知许多动物能用类似滚轮的方式来逃避危险(例如蝾螈会在斜坡上蜷曲成球状,来滚动逃离危险)。3但自己提供动力的滚动方式却不太常见。正如研究“暴走滚轮”的科研人员指出:“主动地发起滚动的方式是罕见的,而且我们对其知之甚少。”4

而珍珠母蛾的幼虫能推动自己的滚轮滚动起来,因此尤为引人关注。它的滚动速度使其成为“自然界中最快的主动滚动行为之一”。4

 

暴走滚轮的仿生学

会暴走的毛毛虫已经引起了工程师们的兴趣,他们羡慕它能够根据环境的需要将自己变形为滚动或爬行状态的能力。“在这种行为的启发下”,4工程师们试图在名为“GoQBot”的软体机器人中模仿其变形技能(该研究获得一项军事计划的资助,希望设计出可以进入狭小空间的灵活机器人)。5

这个10厘米长的机器人能够模仿毛毛虫的伸缩运动和暴走滚动(GoQBot 是向前滚动的,而不是毛毛虫的向后滚动)。GoQBot 使用了形状记忆合金来制造,通过电加热这些金属,就能实现蜷曲的程序——像肌肉一样将 GoQbot 蜷曲成一个圆形的滚轮。

但珍珠母蛾幼虫的变身速度比 GoQBot 快得多,后者在电加热 50 毫秒后才开始蜷曲,而此时珍珠母蛾幼虫几乎已经完全变身成滚轮的形状了。 

 

滚动的力量

根据研究,工程师估计毛毛虫暴走滚动的机械力量与蚱蜢跳跃的力量相当。但他们也承认,“毛毛虫的肌肉组织如何能够在如此短的时间内产生如此大的力量还有待研究。”4

这些给我们一个重要的教训是,正如没有人会说 GoQBot 是不需要设计而自然形成的——同样道理,启发这个机器人设计的毛毛虫必定也是设计而来的,这明显推翻了不承认造物主的进化故事。随着对生物的研究越来越多,就越多地揭开其设计的复杂性,同时也更为清晰地印证了诗篇 104:24 的赞美:“耶和华啊,你所造的何其多!都是你用智慧造成的。” 

  


参考文献和注释

1. Brackenbury, J., Caterpillar kinematics, Nature 390(6659):453,4 Dec 1997.
2. Brackenbury, J., Fast locomotion in caterpillars, J. Insect Physiology 45(6):525–533, 1999.
3. 在线观看蝾螈和毛毛虫的滚动:BBC工作室,怪异的自然:滚动的蝾螈和毛毛虫, youtube.com/watch?v=HmLS2WXZQxU,
31 Jan 2009.
4. Huai-Ti Lin and 2 others, GoQBot: a caterpillar-inspired soft-bodied rolling robot, Bioinspir. Biomim. 6:026007, 2011.
5. Matson, J., Flexible, rolling robot copies caterpillar’s escape mechanism, scientifi camerican.com, 26 Apr 2011.

 

 本文原英文链接见:https://creation.com/caterpillar-wheel.   

大卫 · 卡其普尔 (DAVID CATCHPOOLE)
农业科学学士、哲学博士

植物生理学家和科学教育者,多年来在CMI(澳洲)担任科学家和讲
员,同时也为CMI撰写文章。
 

作者更多信息,参见:https://creation.com/catchpoole.

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