死灵机器人学

死灵机器人学（）是指利用生物衍生材料（或死亡生物）作为机器人部件的实践。2022年7月，位于德克萨斯州休斯顿的莱斯大学普雷斯顿创新实验室的研究人员在《先进科学》杂志上发表了一篇论文，介绍了这一概念，并通过将死蜘蛛改造为机械爪，并施加压缩空气来激活其抓取臂，展示了其可行性。

死灵机器人学利用蜘蛛的有机液压系统及其紧凑的腿部，创造出一种高效且简单的抓取系统。这种死灵蜘蛛爪能够抓取小型轻质物体，从而可以替代复杂且昂贵的小型机械爪。

 背景 
在死灵机器人学中，蜘蛛身体的主要吸引力在于其紧凑的腿部结构和液压作用。

蜘蛛的解剖结构采用了一个简单的液压（流体）系统。蜘蛛腿部的屈肌在放松时会自然收缩。伸展腿部需要施加外力，蜘蛛通过将血淋巴液（血液）泵入关节来产生液压来实现伸展。由于屈肌天然处于收缩状态，蜘蛛无需外力即可卷曲腿部。

2022年7月，莱斯大学普雷斯顿创新实验室的研究人员发表了一篇论文，详细介绍了他们利用蜘蛛抓手进行的实验。尽管死亡蜘蛛不再产生血淋巴，但论文第一作者、机械工程专业毕业生Te Faye Yap发现，通过针头向蜘蛛的头胸部（身体主体）注入空气可以达到与血淋巴相同的效果。原有的液压（流体）系统基本上被改造成了气动（空气）系统。

 测试数据 

 内压与抓握力 
静止状态下，蜘蛛腿部的典型压力范围为4 kPa至6.1 kPa。研究人员通过将蜘蛛的内压增加到5.5 kPa来伸展其腿部。向体内泵入空气会增加内压，导致腿部伸展。向体内泵出空气会降低内压，导致腿部屈肌收缩。当内压降至0 kPa时，抓握器会完全闭合，从而可以抓取物体。这一现象表明，随着内压降低，抓握力增加；反之，随着内压升高，抓握力减小。通过抓取单个加重的醋酸纤维珠发现，这种死灵蜘蛛爪可达到0.35毫牛顿的最大抓握力。

 蜘蛛体重与抓握力 
为了估算不同大小蜘蛛的抓握力，研究人员绘制了一张图表，用于预测蜘蛛抓握力与其体型的关系。狼蛛的体重与其腿部的抓握力基本相等。狼蛛的抓握力为33.5毫克，可以举起自身体重的1.3倍（43.6毫克或0.35 mN）。然而，对于体型较大的蜘蛛，其抓握力与体重的比值会降低。例如，一只200克的巨人捕鸟蛛预计只能举起自身体重的10%（20克或196 mN）。虽然蜘蛛的体重与抓握力之间存在反比关系，但体型较大的蜘蛛通常比体型较小的蜘蛛拥有更大的抓握力。

 机械爪寿命 

机械爪的功能完全依赖于蜘蛛的结构完整性。如果蜘蛛容易且频繁损坏，机械爪将无法实际应用。经过循环测试（一系列重复动作）发现，机械爪可以执行700到1000次动作。经过1000次循环后，由于脱水导致腿部关节膜上开始出现裂纹。关节的脆弱和腐烂会导致频繁的断裂和更换，从而阻碍了机械爪在实际应用中的发展。

一种理论上的解决方案是在关节上涂抹蜂蜡或润滑剂。研究人员发现，在10天内，未涂抹润滑剂的蜘蛛的质量减少量是涂抹蜂蜡的蜘蛛的17倍。润滑关节可以防止脱水并减缓有机物的流失。

 应用 
死灵机器人学可以快速、精确地替代难以制造的机械部件。由于小型机械爪成本高昂且结构复杂，死灵机械爪可以作为替代方案。这种气动蜘蛛爪的制造可在30分钟内完成，且使用寿命相对较长，可达1000次循环。死灵机械爪非常适合需要精细处理材料和将轻型物体移动到狭小空间的工艺。在微电子学领域，死灵机械爪也可能用于简单的拾取和放置操作。

除了死灵蜘蛛爪之外，死灵机器人学下暂无其他机器人概念。未来的死灵机器人概念可以利用软体机器人和电刺激，将生物材料改造为生物混合系统。死灵机器人技术的另一个应用是利用已有的骨骼结构来容纳机器人部件。

 局限 
与传统机械系统相比，使用有机材料制造的机械装置更容易发生分解和损坏。如果这些机械爪失效，可能需要额外的人工和管理才能更换。此外，蜘蛛体内有机物的不一致性也会导致结果不准确。并非所有狼蛛的发育情况都相同，因此不同机械爪的抓握力和腿部收缩力也会有所差异。

在追求生物混合系统的过程中，死灵机器人学挑战了伦理底线并引发了担忧。反对者认为，这可能导致哺乳动物杂交，并且干扰了自然规律。支持者则回应称，重新利用动物尸体是人类数千年来的实践，应继续开发死灵机器人技术用于推动科学进步。

 参见 
 3D生物打印
 生物医学工程
 人工血

 参考资料 

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