完美动物：

                                    聪明章鱼玩绝活       编译  李月敏

 

研究人员发现，章鱼的触手由一套独立的神经系统控制着！而且，这种“智能的下放”也是机器人技术的秘密所在！

 

        章鱼匍匐在一个巨大的玻璃缸底部，8个触手伸展着，窥视着一条毫不知情的鱼儿。当它的一只触手像鞭子一样猛地弹起，吸盘瞬时吞没了不幸的猎物。进攻非常迅猛，几百毫秒的时间里，美味就到了捕食者的嘴里。做这个动作，章鱼需要把触手弯曲成三折……像灵长类动物的手臂一样！仿佛它也有肩膀、肘关节和手腕（见图）。在观看过实验室里的成百个录像资料之后，耶路撒冷希伯莱大学的热尔芒·桑伯尔（German Sumbre）和他的同事们发现了这一点。然而，当人们观察到章鱼的触手极度灵活，“看到章鱼像骨骼动物一样，使用一个类似关节的结构，是非常令人惊讶的”。

        令人惊讶吗？在里昂一大的生物力学工程师洛朗斯·谢兹（Laurence Chèze）看来，这种半关节运动其实用“自由度”（运动系统的周围轴的数量）这个词就可以得到解释。她说：“一个动物的关节越多，它活动时的自由度就越大。但是，移动手臂时的运动自由度越大，就越难以控制自己的行动。”不过，章鱼拥有一种构造，叫做肌肉性静水骨骼（见下图），其难以置信的灵活性赋予章鱼无限的运动自由。的确如此，但是，章鱼是怎么控制它的触手的呢？何况它有8个呢！其实，章鱼使用的方法既有效又出人意料：为了把食物送到嘴里，它把中枢神经系统的参与缩减到最小！
        “我们的观察表明，控制这个动作只需要三个自由度”，研究者之一、神经动物学专家本雅明·霍可纳（Binyamin Hochner）解释说。章鱼把触手运动的必要参数减到最小，让大脑得到“放松”，让它只需要控制三个运动轴，而不是所有。一条人类早已熟知的节约策略……

        这种能力是如何在章鱼身上形成的呢？法国国家科研中心（CNRS）的海洋生物学家西加·伯尔斯基（Sigurd Boletzky）称之为“进化聚合”，也就是说，在不同物种身上独立形成的相同特征。“章鱼代代相传，通过自然选择和形态多样性等因素，逐步形成了这个与脊椎动物相同的动作。而这并不是章鱼的“借用”，而是它的重新创造。”

独立的神经系统！
        最令人惊讶的还在后面呢！因为，在2001年继续研究章鱼捕捉猎物时触手如此独特的动作时，吉尔曼·圣伯尔（German Sumbre）和他的同事有了新的发现：触手的伸展动作竟然是由其自身的神经系统完成的！实验中，他们发现，在触手上施加电刺激或机械刺激、也就是触手与大脑的神经连接被切断的时候，它依然在伸展……此时的触手远不是无力地垂落，它依然可以完成伸展的动作。这足以证明，触手的伸展并不是大脑控制下的局部反应，而是它自己独立的神经系统控制的结果。每个触手都有自己的神经系统。大脑就像一个总指挥，把每个动作的时空细节都交给触手上的末梢神经系统来完成。

        问题是：章鱼把食物送到嘴里的半关节动作也是由同样的智能控制的吗？“这也是我们努力想要知道的”，本雅明·霍可纳承认。但有一点是肯定的：末梢神经系统与中枢神经系统的分工大大简化了章鱼对灵活的触手的控制。于是，这些新发现便与机器人研究人员的发现结合起来了。其实，他们早就在觊觎触手的秘密，并根据触手的模型，制作了一个手臂柔软、能够抓取物品的机器人：奥克塔姆（Octarm）。这款机器人在2004年8月由一个国际小组制作完成，本雅明·霍可纳也是其中的一员。奥克塔姆得到了美国军方的部分资助，将首先应用于军事。当然，它还可以用在汽车制造，甚至外科领域。

这条手臂完全没有关节，是按照肌肉性静水骨骼的原理制成的。“所谓肌肉，其实是由气动装置操纵的、覆盖了塑料网的胶乳管，”这个计划的发起人之一，美国机器人专家Chiris Rahn（克里斯·拉恩）解释说。只是，用中央处理器控制的这个装置还有不足之处，毕竟编程序很难，需要强大的计算能力。

 

制造机器人的灵感
        根据以上发现，研究人员认为机器人应该继续与章鱼保持相似性：通过许多个小的自动控制中心，将运动分担到胳膊的各个部位。对于机器人技术来说，这并不新鲜——为了控制带有关节的手臂的复杂运动，工程师们早已给它配备了一个独立于中央处理器的微型控制器。“机器人手臂的控制系统，被称作“控制环”，它与章鱼中枢神经系统和末稍神经系统的分工原理是一样的，”法国原子能委员会（CEA）“认知技术、机器人技术及其相互影响”部门负责人鲁道夫·热兰（Rodolphe Gélin）强调说。如今，原子能委员会机器人专家的所有工作都集中在赋予这些局域控制环更多的决策能力上。“目标是把智能下放，只把尽可能综合的信息传递给中央处理器，” 鲁道夫·热兰总结道。最后，把智能分散、制造超级灵敏的手臂，这可能就是在未来面世的新型机器人的特征。看来，章鱼的影响可真大呢！