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May. 19 2014

章魚為什麼不會打結?

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  • 章魚為什麼不會打結?

撰文:Jane J. Lee, Weird & Wild

編譯:魏靖儀

章魚就是有本事不打結。PHOTOGRAPH BY JUNIORS BILDARCHIV/ALAMY

牠們有八隻布滿吸盤的手臂,幾乎什麼東西都能吸住,自己卻似乎永遠不會打結。一份刊登於《Current Biology》期刊的新研究指出,這是因為章魚皮膚上有一種「自我辨認」機制,可防止吸盤吸到自己身上。

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紐約市立大學布魯克林學院仿生學與認知機器人科學實驗室主任 Frank W. Grasso 說,之前從來沒有人真正研究過這種不沾黏現象。然而,雖然章魚手臂是個頗複雜的系統,它背後的控制機制卻簡單得令人驚奇—–這點倒是引起了機器人科學研究者的興趣。

「〔章魚〕有三分之二的神經不在大腦,而是分布在牠的手臂,」與夏威夷大學合作的海洋生物學家  James Wood 說。這些神經讓章魚手臂可以迅速改變形狀、顏色與質感,讓吸盤可以抓住並品嚐物體,他說。

並未參與研究的 Wood 表示,章魚的神經網絡遍布全身,但終究由大腦控制。「我們不真的清楚整個系統是怎麼運作的,」他補充。但這份新研究已讓研究者得以一窺章魚(Octopus vulgaris)究竟如何控制牠們的手臂。

這是一種反射

當章魚的吸盤碰到一個物體的表面時,「局部的反射動作就是吸住,」研究的共同作者 Grasso 說。就算那條手臂被切了下來(章魚在野外斷手斷腳並不稀奇),手臂還是能維持大約一個小時的活動力,可以動來動去、抓住東西。

當 Grasso 和同事在實驗室裡觀察被切下來的章魚手臂的行為時,研究員發現,吸盤不會吸住手臂本身,也不會吸住其他有皮膚的章魚手臂。

但如果除掉手臂上的皮膚,被切下來的章魚手臂上的吸盤就會吸住沒有皮膚的手臂。科學家還用章魚的皮膚包住培養皿的半邊,結果發現被切下來的章魚手臂會抓住沒有章魚皮膚包覆的那半邊、避開有皮膚包覆的那半邊。

當科學家把切下來的手臂奉送給肢體完好的章魚時,章魚不是把這條手臂當食物(章魚會同類相食),就是完全不碰它,再不然就是把其中一端塞進嘴裡、咬著它游來游去。

這些結果暗示可能有某種自我辨認機制存在,能防止吸盤吸住章魚的皮膚,Grasso 說。章魚的某些行為也暗示,章魚的大腦可以壓制那個機制。但研究員還不確定背後是什麼機制。

打造更好的機器人

「這個發現非常有趣,」並未參與研究的生物機器人科學教授 Cecilia Laschi 說。這不只解答了一個引人遐思的生物問題,還可協助研究員打造更好的機器人,她說。

傳統上,科學家若想讓機器人有動作,向來是透過在機器人的「大腦」裡寫入程式,以解決把附肢從A點移到B點所需的各種計算。「結果機器人動作都很慢,完全不實用。」

為了化繁為簡、產生比較符合實際的動作,科學家現在正試著讓機器人模仿動物的活動方式。只要了解動物動作的基本原則,就應該可以把送給機器人的指令簡化,Grasso 說。

他說章魚很有趣,因為牠們手臂的活動方式幾乎沒有任何限制。「從計算的角度而言,控制章魚手臂幾乎稱得上是惡夢,」Grasso說。「〔因此〕我們尋找可以化繁為簡的原則。」

章魚手臂的自我辨認能力就是一種能夠化繁為簡的原則。Laschi 說,要把它應用在機器人身上應該可行,但它應該會是一套機械系統而不是化學系統(在章魚身上應該就是化學系統)。

Laschi說,這類發現對所謂的「軟機器人科學」(soft robotics)可能大有助益。軟機器人可以在執行任務的時候根據需求改變形狀。

 

 

 

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