Nature最新封面：機器人進軍考古界 破解3億年前生物謎團

乾明 發自 凹非寺

量子位 出品 | 公眾號 QbitAI

最新一期Nature發布了，封面是一個原型為3億年前生物化石的機器人。

這篇論文將古生物學、生物力學、電腦模擬、活體動物演示等學科結合在一起，對3億年前生物的行走狀態進行了深入研究，並根據研究成果做成了機器人來進一步探索各種可能性。

《連線》雜誌發表評論稱，這對於理解陸地上的運動是如何進化的有很大的影響。同時，這種利用機器人學等跨學科的研究方法， 也會對科學家研究各種滅絕動物的生存方式產生影響。

這個生物名叫Orobates，一個大型食草四足動物，是當前發現的、能夠將完整的骨骼化石與足跡化石聯繫起來的最古老的生物。

它誕生於大概3億年前生物從海洋爬向陸地的時期，處於生物進化的關鍵交界處。對於研究來年兩棲動物和哺乳動物來說，具有承上啟下的作用。

怎麽研究的？

Orobates擁有完整的骨骼化石、相應的足跡化石以及行走軌跡的化石，讓這項研究成為了可能。

基於對這些化石的綜合分析，來自德國柏林洪堡大學和瑞士洛桑聯邦理工學院的研究團隊計算出了Orobates的數百種可能的步態：從較不先進的拖著肚子到在陸地行走，到像鱷魚那樣肚子懸空奔跑的更先進的姿勢。

此外，他們也對四種當前現存的兩棲動物和爬行動物的步態進行了測量，分別是凱門鱷、鬣蜥、蠑螈和石龍子。

在這些生物行走時，對它們進行X光掃描，研究團隊檢查了這些動物如何直立行走的，行走時骨骼如何彎曲以及肘關節和肩關節彎曲程度。

基於對不同生物的骨骼解剖對比與相應行走軌跡分析，他們發現，Orobates的行走方式，更加偏向於直立行走的方式，而不是將肚皮拖在地上。

從而得出結論稱，直立行走這種相對先進的運動方式，演化時間比此前科學家預期的更早。

此外，研究團隊還開發了一個仿真機器人“OroBOT”，來研究Orobates最有可能的行走方式，以及它們的合理性和有效性。

有個Demo可以玩

關於這項研究的數字模擬系統，已經做成了可以互動的Demo，任何人都可以去他們網站上去體驗，設定不同的參數，觀察這個大約3億年前的生物行走步伐。

結果的呈現形式有兩種。

一種是3D影像，代表著可能的步態。其中，點的顏色越藍，得分就越高，越紅得分就越底，也就代表著行走的步態更加笨拙。

圖中的大色塊，代表著四種當前現存的兩棲動物和爬行動物的數據，它們分別是凱門鱷、鬣蜥、蠑螈和石龍子。

左側3D影像與動力學（Dynamic）指標相關，右側與運動學（Kinematic）指標相關。

另一種是動圖，直觀呈現了不同的參數下Orobates的步態會如何變化。動圖一共有3個，第一個是數字模擬的Orobates，第二個機器人OroBOT，第三個是基於化石重建的Orobates。

動力學指標中，可以調整能量消耗程度、平衡度、精確度和地面反力，都會影響Orobates的步態得分。比如，能量消耗程度越大，步態得分就越低。

運動學指標用於調整前肢和後肢的骨骼碰撞程度，主要由骨骼間的軟骨數量來衡量的，這對於Orobates來說是未知的。通過調整指標可以看出，如果骨骼碰撞頻繁，步態就會更加敏捷。

經過量子位的初步體驗，這些指標的改變，只會影響左側的3D影像。

能夠影響其他3D影像和下方動圖展示的指標位於下方。這些指標分別控制的是Orobates行走頻率、脊柱彎曲程度、身體重量等等，都會直接影響Orobates的爬行方式。

此外，Demo的下方，還有四種當前現存的兩棲動物和爬行動物的影片。

如果你整個Demo有興趣，請收下傳送門~

傳送門

Demo地址：

https://biorob2.epfl.ch/pages/Orobates_interactive/

論文地址（有付費牆）：

—完—

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