像鳄鱼一样的机器人 帮助解决了3亿年的谜团

差不多3亿年前，一个好奇的生物叫做Orobates pabsti走了这片土地。动物们刚刚开始将自己从水中拉出来，探索大而干燥的世界，这里是食用植物的四足动物Orobates，四条腿走路。古生物学家知道这样做是因为一个特别保存完好的化石有四条腿。幸运的是，科学家还发现了化石足迹或轨道，以匹配。

我们的假设是，Orobates--今天包括哺乳动物和爬行动物在内的羊膜血统的表亲 - 以及其他早期的四足动物尚未形成“先进”的步态，而是更像蝾螈一样拖着自己。但今天，在一个多学科epically纸自然，他们的研究人员详细说明如何结婚古生物学，生物力学，计算机模拟，现场展示的动物，甚至是Orobates机器人确定古代生物可能走得比以前认为可能更先进的方式。这对理解运动如何在陆地上进化具有重要意义，更不用说科学家如何研究灭绝动物的各种类型。

单独来看，化石骨架或化石轨道不足以判断动物如何移动。皇家兽医学院的生物力学家约翰哈钦森说：“这些足迹只能告诉你他们的脚在做什么。”因为有很多自由度，或者关节可以采用不同的方式移动。“人类，之后所有，分享一个解剖，但可以管理许多愚蠢的方式与相同的设备走路。

如果没有足迹，研究人员将无法充分相信化石骨架是如何移动的。没有骨架，他们就无法完全解析足迹。但是两者兼而有之，他们可以计算出Orobates数百种可能的步态，从不太高级的扯拽石龙子到更高级，更高的鳄鱼在陆地上奔跑的姿势。

然后，他们使用计算机模拟玩具参数，例如脊椎在动物移动时来回弯曲多少。哈金森说：“模拟基本上告诉我们动物的力量，并给我们一些关于动物力学可能整体运作的估计。”

实际上，您可以通过团队精心设计的互动来自己玩参数。说真的，点击它并和我一起玩。

三维图中的点是可能的步态。蓝点得分高，红点得分低。双击下方和下方，您将看到模拟中的特定步态。你会注意到红点使得步态有点......笨拙。然而，深蓝色的圆点看起来像是四足动物更合理的移动方式。在底部你会看到现存物种的视频，如鬣蜥和凯门鳄(小鳄鱼)。正是对这些物种的观察有助于研究人员确定哪些生物力学因素很重要，例如脊柱弯曲多少。

其他一些参数：左边的滑块可以让您看到电力消耗等问题。将它滑到右边，你会发现好的蓝点消失了。

不过，这里的事情变得棘手。当然，能效是生存的关键，但它不是生物力学的唯一约束。“并非所有动物都能优化能量，特别是那些只使用短暂运动的物种，”柏林洪堡大学进化生物学家John Nyakatura说道。“显然，对于长途旅行的物种，能源效率非常重要。但对于其他物种来说，它可能不那么重要。“

另一个因素是骨骼碰撞(这是一个金属乐队的好名字)。当你把一个化石骨架放在一起时，你不知道关节周围有多少软骨，因为这些东西早就腐烂了。不同种类的动物有不同数量的软骨。

所以这对于Orobates来说是一个很大的未知数。在交互式中，您可以使用左侧的滑块上下拨动骨骼碰撞。“你可以让骨头自由碰撞或只是轻轻触碰，”哈钦森说。“或者你可以把它拨到4级并且不允许碰撞，这基本上就是说关节之间必须有相当大的空间。”注意如何改变图中的点：防止的碰撞越多，防止的碰撞就越少潜在的步态。“如果你允许充分的碰撞，那么肢体移动的可能性就更大了。”

现在，机器人。该团队设计OroBOT密切配合的解剖Orobates。它当然简化了纯粹的生物学，但它仍然非常复杂，因为机器人走了。每个肢体由五个致动关节组成(“致动器”是电机的奇特机器人术语)，而脊柱有八个致动关节，允许它来回弯曲。在交互式中，您可以使用左侧的滑块来练习脊柱弯曲量，并查看改变步态的显着程度。另外，看看那里凯门鳄的视频，看看它自己的脊椎在移动时会弯曲多少。

模拟的美妙之处在于你可以相对快速地运行各种不同的步态。但机器人却不是这样。瑞士联邦理工学院的共同作者和机器人专家卡米洛·梅洛说：“用物理平台进行太多实验是非常耗时的，而且你也可能损坏平台。”运行模拟有助于减少列表。

“最后我们知道几个步态非常好，而那些是我们用真实机器人测试的步态，”Melo补充道。

他们发现，鉴于骨骼解剖和匹配的轨道，Orobates可能走得相当直立，更像是凯门鳄而不是蝾螈。“以前认为只有羊膜进化出这种先进的陆地运动，”Nyakatura说。“它已经出现在Orobates中表明我们必须假设运动多样性要早一点出现。”来自轨道的一个重要证实：没有标记可以对应拖尾。

因此，由于不同学科的混合，研究人员基本上可以复活一个长期死亡的物种，以确定它是如何走路的。加州州立大学古生物学家斯图尔特·苏米达说：“因为他们把数字建模和机器人以及所有这些东西放在一起来对这一只动物产生影响，我们可以非常自信他们对它的移动方式提出了合理的建议。”圣贝纳迪诺。顺便提一下，他在这里有独特的见解：他在15年前首先帮助描述了Orobates。

在德国，考虑Sumida和他的同事在哪里找到这种化石也是关键。大约3亿年前，挖掘现场没有自来水。它是古生物学家通常依赖的自来水，用于保存泥浆中的标本。“这是一个完全陆地的环境，偶尔会发生洪水，”Sumida说。“所以你会得到什么生活非常不寻常的快照，就像没有在水里。”

那么，Orobates的正直步态是有道理的。“这是一个在陆地上有很好设施的东西，这正是地质学所建议的，”Sumida说。他补充说，这意味着Orobates和其他早期陆地物种的适应环境比预期更快。

正如Bee Gees曾经说过的那样：“你可以通过我走路的方式判断，我是一个舒适的陆地早期四足动物，没时间说话。”