为什么猎豹能跑得这样快，而山羊却只可在山坡上自如攀爬？为什么有些动物领有惊东说念主的耐力，而另一些却只可短跑冲刺？这些对于动物判辨的根人道问题困扰了生物学家几十年，因为在活体动物身上简直不成能单独测试某一个剖解特征的影响。密歇根大学的盘考东说念主员找到了一个好意思妙的治理有谋划，他们制造了一台不错快速变形的四足机器东说念主，用来模拟进化历程中动物躯壳比例的变化。
这台名为忒修斯机器东说念主的安装老本不到4000好意思元，大部分零件不错用世俗3D打印机制造。但它能作念的事情却人命关天，在20分钟内重现6000万年来动物肢体比例的演化变化，让盘考东说念主员概况精准辞别出单颓败分对判辨后果的影响。这项发表在《仿生学与生物模拟》期刊上的盘考，不仅为判辨动物进化提供了新器具，也可能为下一代商用机器东说念主联想指明标的。
半个世纪前的悬案
这个盘考的泉源不错追溯到1974年的一项经典推行。那时科学家对比了猎豹和山羊的驰驱能量消费，试图考据一个看似合理的物理掂量，肢体质地散播越靠拢躯壳中心，舞动所需的能量就越少。
猎豹的行为呈较着的锥形，大部分肌肉围聚在靠拢躯壳的部位，小腿和脚掌相等纤细。这种结构使其肢体的动掸惯量很小，表面上应该能大幅镌汰驰驱的能量老本。比较之下，山羊的行为愈加均匀，质地散播相对分散。
关连词推行终局令东说念主震悚，猎豹和山羊驰驱时消费的能量简直统统疏浚。这个发现挑战了那时的物理模子，也让盘考东说念主员困惑不已。问题在于，这两种动物在太多方面存在互异，从肌肉纤维类型到要道结构，从呼吸系统到心血管系统，根底无法详情是哪些身分相互对消，导致了这个看似矛盾的终局。
机器东说念主学助理教化塔利亚·摩尔对这类问题特殊感意思。她领有进化生物学配景，深知在古生物学盘选取靠近的窘境。"咱们不错追溯到往常盘考骨骼，但要了解肢体比例或举止范围的变化奈何影响动物的判辨款式，果然很难，"她说。化石能告诉咱们恐龙或早期哺乳动物的骨骼结构，但无法奏凯揭示它们是奈何迁移的。
20分钟重演6000万年
摩尔念念要一个概况快速测试单一变量影响的系统。传统法子是为每个盘考问题极端联想和制造一台机器东说念主，但这个历程常常需要数年时候和无数资金。她需要的是一个不错快速重构的平台。
忒修斯机器东说念主即是在这个需求下出身的。它的名字来自古希腊形而上学中著名的"忒修斯之船"悖论，如果一艘船的所有部件齐被冉冉更换，它如故蓝本那艘船吗？这台机器东说念主恰是通过不休更换部件来测试不同的躯壳构型。
机器东说念主遴选模块化联想，由市售电机和3D打印部件构成。短处在于，这些部件只不错一种款式拼装，大大减少了出错可能，即使莫得正规机器东说念主技艺培训的盘考东说念主员也能快速上手。盘考团队不错在20分钟内更换肢体的长度、要道的举止范围、质地的散播位置，致使更正躯干的阵势。
第一作家卡尔蒂克·乌尔斯指出，传统机器东说念主的联想侧重于工业诳骗，制变老本很高且难以修改。而忒修斯的联想形而上学统统不同，它优先研究的是易于制造和快速迭代。所有联想图纸齐已开源，任何推行室只有有一台世俗的3D打印机，就不错复制这个系统。
能量的玄妙账本
为了信得过判辨动物判辨，米兰app忒修斯机器东说念主必须概况精准测量能量消费。这比听起来要复杂得多。
盘考团队使用了反向驱动电机，这种电机在被外力股东时不错回收能量。这个特质适值模拟了肌肉和肌腱的弹性储能机制。当动物驰驱时，肌腱会在着地时被拉伸，储存弹性势能，然后在蹬地时开释这些能量，减少肌肉需要作念的功。忒修斯的电机不错作念一样的事情，何况概况精准测量储存和开释的能量数值。
更要紧的是，这种法子幸免了使用物理弹簧带来的测量破绽。确切的弹簧会有能量损耗，其特质也会跟着使用而更正。电动系统则不错统统按照法子设定的参数启动，确保推行的可类似性。
通过这套系统，盘考东说念主员当今不错只更正肢体的质地散播，保捏其他所有参数不变，然后奏凯测量这一单一变化对能量老本的影响。这恰是1974年阿谁猎豹与山羊推行无法作念到的事情。初步终局泄漏，肢体质地散播的影响如实存在，但比表面掂量的要小，这可能阐明了为什么猎豹和山羊的能量消费左近。
从推行室到工业界
诚然忒修斯主若是一个盘考器具，但它的发现可能会影响商用机器东说念主的联想。当前大多数四足机器东说念主，包括波士顿能源公司著名的Spot机器狗，齐遴选前后腿结构相似的对称联想。这种联想简化了扬弃算法，镌汰了制变老本，但不一定是最优解。
动物界展现出惊东说念主的万般性。猎豹的后腿较着比前腿长，这使它在加快时能产生更大推力。长颈鹿的前腿比后腿长，匡助它在行行运保捏均衡。袋鼠干脆消除了四足行走，用强健的后腿进步。每种躯壳构型齐是针对特定判辨模式和环境的优化终局。
像忒修斯这样的平台不错匡助工程师系统地探索这个联想空间。如果盘考发现某种特定的肢体比例概况权臣提升某类任务的后果，那么即使增多制造复杂性亦然值得的。举例，用于搜救的机器东说念主可能需要优化爬坡才智，而用于巡检的机器东说念主则更垂青长距离行走的后果。
波士顿能源的Spot售价超越7万好意思元，主要用于工业巡检、危机环境探伤等场景。如果通过仿生学盘考能将其能耗镌汰20%，就意味着更长的续航时候和更广的诳骗范围。忒修斯提供的恰是这种优化所需的基础数据。
进化与工程的对话
更深档次的意旨在于，这项盘考买通了进化生物学与机器东说念主工程之间的双向通说念。
一方面，机器东说念主不错匡助生物学家判辨已殒命动物的判辨款式。通过证据化石重建躯壳比例，然后在忒修斯上测试这些构型的判辨后果，盘考东说念主员不错推测这些动物可能遴选的步态和生计款式。这对于判辨恐龙、早期哺乳动物致使东说念主类祖宗的进化齐有要紧价值。
另一方面，数亿年的当然遴荐照旧为万般判辨问题找到了高度优化的治理有谋划。工程师不错从这个普遍的"联想藏书楼"中接纳灵感。生物体在材料、扬弃政策、能量管制等方面的奢睿，远超咱们当前的工程技艺。通过系统地测试和判辨这些生物学旨趣，咱们不错联想出更高效、更符合复杂环境的机器东说念主。
摩尔团队的下一步诡计包括测试更顶点的躯壳构型，比如模拟恐龙的后腿主导型躯壳结构，或者测试在不同地形上判辨时最优的肢体比例。他们还诡计与古生物学家联结，为一些有争议的已殒命物种重建判辨模式。
{jz:field.toptypename/}4000好意思元和20分钟，这即是忒修斯机器东说念主从一种躯壳构型变换到另一种所需的一起代价。比较之下，当然界花了数千万年和无数次试错才完成一样的转动。当今，科学家们终于有了一个快进按钮，不错在推行室里快速重演这场漫长的进化推行。