菊石不同外殼形狀對它們在水中運(yùn)動有什么影響？科學(xué)家創(chuàng)建了菊石機(jī)器人來研究
菊石不同外殼形狀對它們在水中運(yùn)動有什么影響？科學(xué)家創(chuàng)建了菊石機(jī)器人來研究(Credit: David Peterman/University of Utah)
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)cnBeta：在恐龍誕生之前，海洋中就充滿了被稱之為菊石（Ammonites）的不同生物。為了更深入了解它們進(jìn)化出的外殼不同貝殼形狀對它們在水中運(yùn)動的影響，現(xiàn)在科學(xué)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了非常多的形狀菊石機(jī)器人。
菊石屬于海洋無脊椎動物的對們頭足類群，目前的水中石機(jī)成員包括章魚、魷魚和墨魚。運(yùn)動有什影響研究然而，科學(xué)與這些例子不同的器人是，菊石具有保護(hù)性外殼——而這些外殼在整個(gè)化石記錄中并沒有保持一致的菊石家創(chuàng)建菊形狀。
這項(xiàng)研究由博士后研究員 David Peterman 和助理教授 Kathleen Ritterbush 領(lǐng)導(dǎo)，不同帶領(lǐng)猶他大學(xué)的外殼一支科研團(tuán)隊(duì)確定不同的貝殼形狀如何影響動物的運(yùn)動。為了做到這一點(diǎn)，形狀科學(xué)家們創(chuàng)造了自由游泳的對們機(jī)器人菊石。
每一個(gè)都由一個(gè)帶有防水內(nèi)腔的水中石機(jī) 3D 打印聚合物外殼組成，內(nèi)部是電子設(shè)備，包括電池、微控制器、電機(jī)和葉輪驅(qū)動的水泵。還有充氣空隙和配重，以復(fù)制現(xiàn)有鸚鵡螺的重量分布——它是當(dāng)今唯一有殼的頭足類動物。
它們的貝殼形狀包括一個(gè)蛇形錐，它結(jié)合了緊密的螺紋和狹窄的外殼。一個(gè)球形錐體，具有幾個(gè)厚的螺旋和一個(gè)更寬的，幾乎是球形的外殼；還有一個(gè)介于兩者之間的氧錐，它結(jié)合了厚厚的螺紋和狹窄的流線型外殼。
每個(gè)模型最初被放置在水池中的水下夾具中，然后釋放，以便它可以在水中噴射。當(dāng)它這樣做時(shí)，它在三維空間中的運(yùn)動和位置被水下攝像機(jī)記錄下來。每個(gè)模型都有十幾個(gè)機(jī)器人獨(dú)立運(yùn)行。
分析鏡頭時(shí)發(fā)現(xiàn)，每種形狀都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。例如，較窄的外殼產(chǎn)生的阻力較小，并且在直接穿過水中時(shí)更穩(wěn)定。較寬的貝殼雖然使旅行速度較慢，能源效率較低，但可以更容易地改變方向——這一特征可能有助于菊石捕捉獵物或逃避捕食者。
Peterman 表示：“從結(jié)果來看，這些外形并沒有優(yōu)劣之分。自然選擇是一個(gè)動態(tài)過程，隨著時(shí)間的推移而變化，并涉及許多功能權(quán)衡和其他限制。外殼頭足類動物是研究這些復(fù)雜動態(tài)的完美目標(biāo)，因?yàn)樗鼈兙哂芯薮蟮臅r(shí)間范圍、生態(tài)意義、豐富度和高進(jìn)化率”。
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