作者:李木子 来源:中国科学报 发布时间:2022/7/20 17:17:44
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肌肉加褶皱 象鼻更灵活

        美国科学家的一项研究表明,肌肉并非大象伸展鼻子的唯一方式,折叠的皮肤也在其中起着重要作用。肌肉和皮肤的结合使象鼻能够抓取脆弱植被,甚至撕裂树干。

这项由佐治亚理工学院与亚特兰大动物园合作开展的研究发现,大象的皮肤无法均匀拉伸。象鼻的顶部比底部更灵活——当大象伸展鼻子寻找食物或物体时,象鼻的背部会向前滑动。这些发现可能为仿生机器人研究带来启示。

研究者以软体机器人为例,其充满液体的腔体允许灵活的运动,但在受力时很容易断裂。研究人员表示,对大象的研究表明,用类似皮肤的结构包裹软体机器人,可以给机器提供保护和力量,同时具有灵活性。

该论文7月18日发表于美国《国家科学院院刊》,研究小组去年夏天曾撰写了一篇大象如何利用鼻子肌肉吸入食物和水的文章。

这项研究的主要作者、佐治亚理工学院博士生Andrew Schulz和团队,在亚特兰大动物园拍摄了两头非洲象伸鼻子去拿麦麸块和苹果的画面。

“当我们看着高速摄像机拍摄的画面,并绘制出象鼻的运动轨迹后,我们很惊讶。其顶部和底部完全不一样。”Schulz说。

看过视频后,Schulz拉伸了一头大象的组织,以便更好地了解其皮肤弹性。这时,他发现,象鼻皮肤折叠的顶部比皱褶的底部弹性高出15%。这也使团队意识到,他们在视频中看到的不仅仅是肌肉运动,还包括一层厚厚的皮肤。

研究还发现,大象的鼻子不同于自然界中发现的其他无骨、肌肉发达的附肢,如鱿鱼和章鱼的触手。象鼻不是均匀地伸展,而是像雨伞一样伸缩着,逐渐呈波浪状拉伸。Schulz说,大象首先伸展包括鼻尖在内的部分,然后是相邻部分,依此类推,逐渐向身体方向移动。

“大象和人一样懒,它们会首先拉伸鼻子的末端,然后是相邻的部分,因为它们更容易移动。如果大象不需要非常努力地去拿什么东西,它就不会拉伸鼻根部位。”Schulz说。

“以生物为灵感设计的软体机器人总是基于肌肉运动。如果它们被一层保护性的皮肤包裹起来,就像大象充满肌肉的鼻子一样,便可以施加更大的力。”Schulz说。“去年我们了解到,象鼻是一种多用途的肌肉液压调节器。现在我们知道皮肤也发挥着重要作用。”

 
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