地球上的生命起源于海洋。然而，从大约3.9亿年前开始，现代陆地动物的祖先从水中浮出水面，用鳍换四肢，用鳃换肺。这是今天在地球上行走的所有生物——包括人类——进化过程中的一个关键转折。
现在，一个由机器人专家、古生物学家和生物学家组成的团队正在使用受到现存和灭绝动物启发的机器人，来揭示这种和其他关键的进化转变。他们在上周发表在《科学机器人》杂志上的一篇评论文章中详细介绍了他们的工作。
“建造一个机器人……希望能让我们了解到是什么样的进化压力，或者是什么样的力学，开始迫使鱼类发展出这些不同的解剖结构，这些解剖结构在陆地上是有用的，”文章的合著者迈克尔·石田（Michael Ishida）告诉《卫报》的尼古拉·戴维斯（Nicola Davis），他是英国剑桥大学生物启发机器人实验室的机器人学家。
从水到陆地过渡的化石证据是有限的，这使得研究人员无法测试髋关节和骨盆关节的运动——这两个部位对脊椎动物的运动至关重要。因此，该团队正试图通过制造具有机械关节、肌肉和韧带的节能鱼类机器人来填补这些知识空白。他们的机器的灵感来自于现有的“行走鱼”的解剖结构，比如弹涂鱼，以及灭绝鱼类的化石。
研究人员想要了解这些生物以某种方式行走所需要的能量，目的是确定哪种运动最有效，从而可能导致海洋动物进化到在陆地上行走。
石田在剑桥大学的一份声明中说：“在实验室里，我们不能让活鱼走得不同，我们当然也不能让化石移动，所以我们用机器人来模拟它们的解剖结构和行为。”
Paul Smaglik在《发现》杂志上写道，制造受古代启发的机器人的第一步是了解已灭绝动物的解剖结构，包括它的关节是如何工作的，以及它的肌肉和骨骼是如何连接的。然后，研究小组将这种灭绝的动物与一种现存的近亲相匹配，并使用视频和计算机视觉技术将这种现代动物的动作转化为数学表示。
最后，他们将灭绝物种和现存物种的知识结合起来，制造了一个简单的机器人，它使用杆、弹簧和阻尼器等部件，而不是骨头、肉和软骨。
“在某些情况下，我们只是猜测某些骨头是如何连接或起作用的，”石田在声明中说。“这就是为什么机器人如此有用——它们帮助我们证实这些猜测，并提供新的证据来支持或反驳它们。”
对于那些想知道为什么科学家们不使用计算机模拟的人，他们解释说，这是因为机器人可以被放置在真实的环境中，比如沙子或泥浆，这在模型中是很难模拟的，据《卫报》报道。然后，研究小组可以对机器人进行实验，以了解进化的压力和优势。
石田向《发现》杂志解释说：“机器人专家可以在一天内测试数百万年进化的影响。”科学家们还可以对代码进行微小的调整，或者在几分钟内打印出一个新的机器人部件，而这些变化在真正的动物身上需要花费数千年的时间。
“制造一个机器人来理解巨型恐龙是如何行走和移动的，这将是令人着迷的。但让我特别兴奋的是使用机器人研究主要进化转变的潜力，”爱丁堡大学的古生物学家史蒂夫·布鲁萨特告诉《卫报》，他没有参与这份报告。“这些机器人可以帮助我们测试关于生命历史的假设。”
该团队仍处于机器人构造的早期阶段，除了从水到陆地的过渡，他们还希望最终研究飞行的进化，以及一些动物如何过渡到用两条腿走路。
然而，他们不仅仅是在调查过去。类似的机器人可以提供对动物进化变化的洞察——由于人类活动和气候变化等压力——来想象物种未来的样子。
