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Oct. 16 2014

蛇輕鬆爬上沙丘的祕密

  • 蛇輕鬆爬上沙丘的祕密

    蛇輕鬆爬上沙丘的祕密

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撰文:Carrie Arnold
編譯:向淑容

 

要爬上一座沙丘,即便是對最敏捷的人而言也不容易——但是有些蛇卻能輕而易舉地爬上去。現在一項針對角響尾蛇和機器響尾蛇所做的新研究,在這種爬蟲類的滑行動作中找出了這項驚人本領的祕密。

科學家說,這個發現可能有助於開發出能夠在城市中進行搜救行動時來往於瓦礫堆中、探索考古遺址和進入其他難以到達之處的機器人

亞特蘭大動物園中,一條角響尾蛇在鋪滿沙子的坡道上。
Photograph by Rob Felt

這項新研究把重點放在生活於沙漠中的角響尾蛇,這種蛇棲息於美國西南部與墨西哥西北部的沙漠地帶。研究顯示,角響尾蛇並非透過身體的收縮起伏來向前移(朝著牠所面對的方向),而是用一種稱為「側繞行進」的蜿蜒動作來往旁邊移動。

「就是這種最美妙、驚人的動作。能看著牠們用這種美麗的舞步滑行真好,」擔任研究報告作者的美國喬治亞理工學院生物物理學家Daniel Goldman說。「而且牠們完全不會不慎打滑。」

科學家想知道這種側行動作是否就是蛇能成功攀爬的祕密。

透過觀看活蛇與特製爬行機器人的高速影片,研究團隊發現側繞行進的動作包含了上下與前後的波動,能增加蛇的身體與沙地的接觸面積,並且防止打滑。

「蛇能找出這麼好的攀爬方法實在很酷,牠們甚至爬得比我們還好,」Goldman說。他的研究論文刊登於10月9日的《科學》期刊。

 

斜坡上的蛇

Goldman攻讀博士學位時的研究重點是沙子等粒狀表面,以及這類表面在人類的腳或蛇滑動的身體等外力所產生的壓力之下會有的變化。

一堆靜置在地上的沙顯然是固體,但是如果去踩踏或擠壓這堆沙,它就會產生有如液體般的反應,會流動也會塌陷。(只要曾經在沙灘上走動或試圖爬上沙丘,就會懂這種現象。)

 

欣賞角響尾蛇實驗的影片:


(建議以全螢幕觀看。)

 

為了觀察沙子對蛇的身體會有什麼反應,Goldman與同事為喬治亞州亞特蘭大動物園的角響尾蛇設置了一片測試用的坡道。每條蛇爬上較陡的坡面時,都會不斷改變身體的動作,調整身體抬起的部分以及與地面接觸的面積。此舉減少了施加在沙子上的壓力,打滑現象也因而變少。

然而這種本領並非大家都有。針對其他13種不是生活在沙漠環境的響尾蛇所做的實驗顯示,只有角響尾蛇能在不打滑的情況下爬上沙丘。

 

機器蛇

為了測試不同的波動組合在不同的斜坡上對攀爬能力有何影響,Goldman也邀請了卡內基美隆大學的Howard Choset來使用他先前開發出來的蛇形機器人。

起初機器人無法爬上沙丘。不過藉由將角響尾蛇的資訊寫入程式,研究團隊創造了一個幾乎能爬上任何斜坡的機器人。

「這是我很長一段時間以來所見過最酷的研究之一,」並未參與這次研究的維吉尼亞理工學院生物力學家Jake Socha表示。

「這對於協助開發能夠有效率地在管路或下水道中穿梭的蛇形機器人,可能會有很大的幫助。」

 

推特Google+關注作者Carrie Arnold

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