科学家教会蜘蛛如何跳跃，以便将来能为机器人做同样的事情

我们最熟悉的蜘蛛是安静的八足怪物，它们潜伏在周围，用蛛网和毒液诱捕猎物。但在 45 万多种蛛形纲动物中，有 13% 的蜘蛛可以积极地跟踪猎物，并通过跳跃攻击猛扑猎物，就像一只八足老虎，或者一个恐怖版的阿拉戈克之子的强化版。

尽管这些蜘蛛很可怕，但它们的跳跃方式值得研究。它们从站立状态起跳的距离是其身体长度的六倍（人类只能跳到自身长度的 1.5 倍），并且能将自身体重的五倍举到空中。将这些生理奇迹转化为工程策略可能会彻底改变我们制造和部署的机器人类型——但希望不是那些向人类猎物猛扑过来的机器人。

英国曼彻斯特大学的一组研究人员进行了一项研究，训练一只名叫 Kim 的帝王跳蛛（ Phidippus regius ）跳过平台障碍赛道的不同距离，同时用超高速摄像机拍摄跳跃的画面。这项新发现于周二发表在《科学报告》上，更详细地展示了该物种和其他物种进行超长而精确跳跃的跳跃机制。

曼彻斯特大学古生物学家、新论文合著者罗素·加伍德 (Russell Garwood) 表示：“我们对该物种的主要发现是，短距离跳跃往往采用低角度轨迹，以尽量缩短飞行时间。”这类跳跃的飞行距离约为 30 毫米，速度更快，速度和准确性优先于其他要求。

同时，较长的跳跃（距离可达 60 毫米）使用更大的起飞角度来优化飞行时间，让蜘蛛能够飞行更远的距离，同时也最大限度地减少了所消耗的能量。“因此，动物跳跃的动态似乎因跳跃的性质而异，”加伍德说。

与其他蛛形纲和节肢动物相比，跳蛛的视觉极为敏锐，它们有四只大眼睛在前面，四只小眼睛在头顶。这种视觉可能让跳蛛能够判断距离，并确定大跳（或小跳）所需的适当时间和角度。但这并不意味着这些蜘蛛能看得很远。金的跳跃上限是 60 毫米，这是她自己设定的——她拒绝尝试更远的距​​离——可能不是因为她无法完成这个距离（她经常跳得比这个距离还远），而是因为她的视力不佳。

研究人员从当地的宠物店买了几只跳蛛，希望能训练它们，但只有这只体重 150 毫克、身长 15 毫米、名叫 Kim 的小家伙愿意服从这些要求。“我认为，说实话，我们很大程度上是靠运气克服了这个问题，”Garwood 说。“我们必须非常努力才能捕捉到我们设法用相机捕捉到的跳跃。”

研究人员注意到，高贵跳蛛似乎利用急性肌肉收缩来完成跳跃，而不是像许多其他节肢动物一样利用弹射机制中储存的能量。

“我们希望通过这项研究确定的关键问题是，”加伍德说，“这个物种是否除了肌肉之外还使用水力来为其跳跃提供动力。”蜘蛛利用血淋巴压力（血淋巴基本上是蛛形纲动物的血液）来伸展腿部，最初人们认为，水压力与腿部肌肉的纯粹力量共同作用，使 Phidippus regius 能够进行上升跳跃，而不仅仅是横向或下降跳跃。

“遗憾的是，我们无法明确地阐明这一点，”加伍德说。根据对跳跃的观察和通过 3D CT 扫描收集的腿部生理数据，研究人员发现，跳跃应该完全依靠腿部肌肉质量提供的力量。血淋巴产生的液压可能会在蜘蛛跳跃时为其提供助力，但这并不是一个必不可少的特征。“我们希望未来的研究可以进一步阐明这一点。”

如果跳跃的物理原理可以在飞行或跳跃的机器人身上重现，那么它将有助于解决许多让大多数机器人停留在地面上的生物力学限制——即在保持机器人轻便和赋予它足够的力量使其在空中跳跃很远的距离之间的平衡——并可能引领微型机器人的新时代。事实上，研究小组利用 Kim 的 3D CT 扫描建立了蜘蛛腿和身体结构的比例模型，并配有跳跃机制。不幸的是，它在实际跳跃测试中失败了。事实证明，我们在开发这种规模下运行顺畅的电子设备方面仍然相当糟糕，我们需要更多数据来说明蜘蛛和其他小动物如何控制它们在跳跃和移动时施加的力量。

如果世界真的被一大批小型跳跃蛛网膜机器人所淹没，你就会知道这是导致这场厄运的关键研究项目之一。

注意：本文的先前版本错误地指出蜘蛛重 150 克。它实际上重 150 毫克。我们对这个错误深表遗憾，并为噩梦道歉。