瑞士科學研究：靈感來自大象鼻子的機器人
大象的長鼻子是自然界的一大奇蹟：雖然沒有一根骨頭，大象卻能用它完成許多驚人的動作。這個大象的嗅覺器官現在為瑞士生物學家和意大利工程師予以靈感，研發一種新型機器人。
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今年8月份日內瓦大學的研究人員宣布，他們破解了大象用它們神奇的鼻子完成一系列動作的原理，這條消息成為一條重磅頭條被媒體轉載。這一新發現將賦予機器人全新的運動能力。但科學家們的這一想法又是從何而來呢？
“很長時間以來，我們就知道大象的身體有一些特殊性，“該團隊的負責人Michel Milinkovitch告訴瑞士資訊swissinfo.ch。這位進化生物學家和生物物理學家是日內瓦大學遺傳學和進化系的教授。
“在2018年的一項研究中，我們專注於大象的皮膚，它們的皮膚由一個通道網組成，能很好地調節體溫。”科學研究人員將他們的這一科學研究成果發表了一篇專業論文，《國家地理》和BBC等知名媒體爭相進行了報導，從而引起了一個意大利科學研究小組的注意。
歐盟出資350萬歐元
來自比薩附近Pontedera的意大利技術研究所的機器人專家閱讀了這條來自日內瓦的論文，他們也一直對大象感興趣，但不是對它們的皮膚，而是對大象的長鼻子感興趣。他們將製造一種機器人手臂，能像大象的鼻子那樣工作。
這個技術團隊決定設立一個研究計畫，並向歐盟的地平線2020計畫申請資金。但在向歐盟提交申請之前，他們先聯絡了日內瓦大學的Michel Milinkovitch科學研究組。
“時機正好，”Milinkovitch回憶道：“我在南非能接觸到習慣於人類的大象。此外，我們還與能提供死去大象器官的動物園有聯繫。”瑞士和意大利的合作研究計畫正式開始，歐盟委員會從地平線基金中撥款350萬歐元。
憑藉南非的好萊塢技術
Milinkovitch的團隊前往南非的比勒陀利亞，在他們的行李中，有一些實際上只在好萊塢作品中才用得上的設備，例如，用於將《阿凡達》中的外星人或動畫片《丁丁》中的人物做得栩栩如生的動畫技術。
反射器和攝像機用來記錄運動模式。研究人員將反射器貼在經過一定訓練的大象身上，然後他們用高精度攝像機記錄下象鼻的運動。這些數據最終在電腦中被轉換為3D模式。
得出的結果非常驚人：大象可以用它們的鼻子完成將近20個基本動作-從扭轉、彎曲、伸展、縮短到伸直。它們可以採摘花朵而不將其損壞；可以輕易舉起重達300公斤的物體；或吸入液體並將其噴吐出來，所有這些動作都可以用沒有一塊骨頭的象鼻完成。
回到瑞士後，研究人員利電腦和磁共振斷層掃描技術對兩頭已故動物園大象的象鼻的不同肌肉進行了觀察。通過這些觀察結果和在南非獲得的資料，他們得以在電腦模型中準確地再現了象鼻的三維運動過程。 8月他們將研究成果發表在《當代生物學》雜誌上。
>>5分鐘影片：Michel Milinkovitch及其團隊的工作(英文)
多用途的應用
“現在輪到工程師們了，”Milinkovitch說：“我們已經將動作進行了描述和量化，意大利同事們可以開始製造機械臂了。”
我們的目的不是一對一地複製大象的運動模式，而是從中受到啟發。 “就像飛機一樣，機翼讓人聯想到鳥的翅膀，但我們都知道，機翼在飛行的時候不需像鳥兒一樣拍打翅膀。這就是我們所說的‘生物靈感系統’“。
同樣，製造出一個帶有許多發動機、能夠完成將近20種基本動作的人工象鼻也是不可能的，“但或許5種動作，是可以實現的。”
研究人員的想法是開發一種靈活的機械臂，能夠識別、觸及、抓取、控制和鬆開一系列物體。這種機器臂的應用範圍很廣，“例如，可以用於複雜的物品分類；作為自然災害地區救援人員的支持；或作為老年人的幫手。”
柔軟是一種挑戰
對於Milinkovitch和他的團隊來說，尚未大功告成，這位生物物理學家說，他們還需對一些運動的排序進行模式化。而當有了第一台機器人以後還必須做出分析，將機器人與象鼻進行比較，並進行程式設計。
“我們知道，在機器人領域，接觸面起著核心的作用。問題是：如何能將金屬構成的人造手造得如此柔軟，使它能採摘花朵而不將其損壞。”
日內瓦小組在大象皮膚的研究中獲得的經驗或許能應用於此。 “大約18個月後，第一個機械手原型應該出來了，”這位教授估計，已經有幾家公司對他們的工作表現出興趣。
不容錯過的研究
Milinkovitch的這兩個關於大象的研究計畫，其實已經偏離了他在生物學方面的專業領域。他的出版清單很長，而且種類繁多：除此之外，變色龍用來改變顏色的光子晶體、鯨魚祖先的基因指紋和加拉帕戈斯巨龜等，都是他的研究課題。
“今天的科學 ‘過於分化”’，科學研究工作者必須選擇出界限，而這些界限往往是人為的，而大自然往往也不受限於這些界限。 ”
Michel Milinkovitch
Milinkovitch是跨學科學研究究的堅定支持者，也是實踐者。對他來說，今天的科學 “過於分化”。
“科學研究工作者必須選擇出界限，而這些界限往往是人為的，而大自然往往也不受限於這些界限。”
問題是，科學家往往“不知道”其他學科的基本原理。 “當我在黑板上寫下一個方程式時，我的學生會莫名其妙，因為他們以為自己在上數學課。但我是想以此告訴他們，方程式往往是描述一個現象的最簡單方法。”
“的確，在大象鼻子啟發下製作出機器人，與我們平常的科學研究計畫相比，很不尋常，”Milinkovitch承認：“但我就是無法拒絕這個研究計畫，因為它太有意思了。”
(譯自德文：楊煦冬)
(Übertragung aus dem Französischen: Christoph Kummer)
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