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   近日，美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)的研究者開(kāi)始參加一項(xiàng)旨在研究水母運(yùn)動(dòng)模式的項(xiàng)目，以幫助美國(guó)海軍設(shè)計(jì)水母仿生機(jī)器人。

   許久以來(lái)，水母一直被認(rèn)為是一種由簡(jiǎn)單肌肉組成，運(yùn)動(dòng)效率很低，只能“隨波逐流”的物種。

   而據(jù)美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》的一篇論文報(bào)道，上述項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)水母是地球上能量利用率最高的“天然推進(jìn)器”之一。研究人員發(fā)現(xiàn)，水母并非在水中持續(xù)不斷地游動(dòng)，而是通過(guò)鐘形身體不斷收縮與舒張，以停頓——前進(jìn)——停頓的模式前進(jìn)。而其前進(jìn)的動(dòng)力部分來(lái)自于在停頓過(guò)程中形成的渦流。也就是說(shuō)，這種生物在將水從身前“搬運(yùn)”到身后的過(guò)程中，制造了一個(gè)真空的“洞”。水流在填滿這個(gè)“洞”時(shí)，順便為水母提供了推力。

   這種借力于渦流的運(yùn)動(dòng)方式，使水母每次一縮一張的行進(jìn)距離增加了30%，也減小了水母在游動(dòng)過(guò)程中肌肉的能量消耗。弗吉尼亞理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)教授Shashank Priya說(shuō)：“水流能夠幫助水母運(yùn)動(dòng)并節(jié)省能量。事實(shí)上，水流推動(dòng)了水母前進(jìn)，而水母則通過(guò)收縮擴(kuò)展過(guò)程來(lái)保持這種推力。”

   同時(shí)，研究人員通過(guò)計(jì)算食物攝入量和運(yùn)動(dòng)能量消耗還發(fā)現(xiàn)，水母的能量利用率約比其他動(dòng)物高出48%。正是憑借這種高超的節(jié)能技巧，這種生物幾乎遍布整個(gè)海洋，甚至在一些人造設(shè)施，例如港口和造船廠里也有它們的身影。

   為此，該項(xiàng)目研究人員希望能夠?qū)⑺釜?dú)一無(wú)二的運(yùn)動(dòng)方式用于設(shè)計(jì)機(jī)械水母，最終制造出一種能耗低、航程遠(yuǎn)的仿生機(jī)器人。“水母具有比其他海洋生物都低的代謝速率，極強(qiáng)的生命力還有適合裝載貨物的外形，這些特點(diǎn)使其成為一種理想的仿生對(duì)象。”Shashank Priya說(shuō)。

   據(jù)介紹，該項(xiàng)目由弗吉尼亞理工學(xué)院下屬的美國(guó)海洋生物研究所主持，衛(wèi)普頓斯學(xué)院、羅杰威廉斯大學(xué)以及加州理工大學(xué)共同參與。其中，Shashank Priya的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)模擬部分，即在水族箱中拍攝水母的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，然后將錄像轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的信息，最終使計(jì)算機(jī)能夠模擬水母的運(yùn)動(dòng)。這種技術(shù)與被廣泛應(yīng)用在《指環(huán)王》等電影中的特技——動(dòng)作捕捉技術(shù)類(lèi)似。

   負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)模擬具體操作工作的該校機(jī)械工程系博士生Colin Stewart告訴記者，計(jì)算機(jī)模擬水母可以讓研究人員自由控制其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。不過(guò)，相比捕捉鯊魚(yú)、游泳運(yùn)動(dòng)員等水中物體的運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，捕捉水母運(yùn)動(dòng)的難度特別大，因?yàn)樗溉彳浂`活的身體令計(jì)算機(jī)很難識(shí)別。

   目前，相關(guān)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)研制出一些水母機(jī)器人。例如，該校此前曾為美國(guó)海軍研制出一款名為Cyro、長(zhǎng)為5.7英尺、重170磅的水母原型機(jī)器人。