倘若回到3億多年前，你將見證地球生命演化史上的重要一幕：魚類祖先“掙脫”水的懷抱，實現(xiàn)從海洋到陸地的飛躍。今天的我們雖不能回到過去，卻能將過去“帶回”現(xiàn)在。英國劍橋大學(xué)研究團(tuán)隊近日在《科學(xué)·機(jī)器人》雜志上發(fā)表一項重要研究，通過開發(fā)仿古生物機(jī)器人來檢驗關(guān)于生命演化的種種假設(shè)，這項技術(shù)為我們打開了一扇探究遠(yuǎn)古生物的新大門。

一般來說，化石拼圖可以幫助古生物學(xué)家復(fù)原遠(yuǎn)古生物的存在狀態(tài)。然而，化石只能告訴我們“是什么”，卻難以解答“怎么樣”。例如，從幾塊殘缺的骨頭化石，如何推導(dǎo)出這一生物完整的運動方式呢？針對這一難題，機(jī)器人研發(fā)者別出心裁地將仿生科技引入，打造了一個可供反復(fù)演練的實驗“舞臺”，通過不斷調(diào)試和優(yōu)化，逐步還原出最接近歷史真相的“演出”。比如，德國洪堡大學(xué)的研究團(tuán)隊利用3D建模和仿生機(jī)器人技術(shù)，模擬了一種生活在早二疊紀(jì)的柏氏山行龍的運動方式，發(fā)現(xiàn)該生物更偏向于四足直立行走。美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員利用軟體機(jī)器人，重現(xiàn)側(cè)囊蟲已消失的運動方式，并推測出提高其移動速度的方法。

這些研究案例展示了仿生機(jī)器人在古生物學(xué)研究中的巨大潛力。通過應(yīng)用3D建模、軟體材料驅(qū)動和機(jī)器人學(xué)等前沿技術(shù)，仿生機(jī)器人宛如稱職的“時空演員”，能夠按照科學(xué)家的種種推測，生動演示遠(yuǎn)古生物可能的運動方式及功能。循此思路，劍橋大學(xué)研究人員提出了“古生物啟發(fā)機(jī)器人”這一新興的研究方法，將機(jī)器人技術(shù)運用到生物演化研究中，通過構(gòu)建具有遠(yuǎn)古生物特征的機(jī)器人，來重現(xiàn)古代生物的運動模式和行為機(jī)制，可用于驗證水陸過渡、飛行起源等假設(shè)。

古生物的智慧、生命演化也為現(xiàn)代科技帶來創(chuàng)新靈感，為機(jī)器人工程的難題突破另辟蹊徑。例如，中國南京大學(xué)聯(lián)合美國科研機(jī)構(gòu)從古代三葉蟲的眼睛結(jié)構(gòu)中獲得靈感，進(jìn)而開發(fā)了一種具有極大景深拍攝能力的微型照相機(jī)。中國浙江大學(xué)研究人員模仿深海獅子魚身體結(jié)構(gòu)研發(fā)的智能軟體機(jī)器人，是全球首個在馬里亞納海溝成功突破萬米級深潛并自由游動的機(jī)器人。這種“師法自然”的創(chuàng)新思路，正在為仿生機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展開辟新途徑、培育新動能。

更令人期待的是，科研人員正在探索從“仿生”向“類生”的跨越，即從“研發(fā)機(jī)器魚便模仿水中游的”“研制無人機(jī)便效仿天上飛的”這種公式中跳出，開始更深入地挖掘自然界中的各類生物模式及其背后的普遍規(guī)律。比如，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊系統(tǒng)歸納了自然界中象鼻、章魚觸手等的運動模式，開發(fā)的新型軟體機(jī)器人在抓取物品和完成復(fù)雜操作方面，幾乎媲美動物肢體。又如，借鑒蟻群的運作模式，開發(fā)設(shè)計高效協(xié)作的機(jī)器人集群算法。相關(guān)科學(xué)研究不再局限于模仿單個生物的外形或動作，而是著眼于更為宏觀和本質(zhì)的生物學(xué)原理，設(shè)計出可應(yīng)用于機(jī)器人的通用智能方法。這種轉(zhuǎn)變，就像是美術(shù)創(chuàng)作中從“寫實派”到“寫意派”的演進(jìn)，不再執(zhí)著于逼真到一眼可辨，而是追求“神韻”與“意境”。

理解過去就是把握未來。仿生機(jī)器人不僅是打開歷史之門的鑰匙，更是推動科技創(chuàng)新的催化劑。未來，通過古生物學(xué)、生物學(xué)和機(jī)器人等跨學(xué)科合作，人類將探索機(jī)器人的更多形態(tài)和更強(qiáng)悍的性能，有望應(yīng)用在深空發(fā)射、深海探索、災(zāi)難救援、醫(yī)療手術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。古代智慧啟迪未來發(fā)展，仿古生物機(jī)器人看似在“復(fù)古”，更是在“革新”。

（作者為北京大學(xué)工學(xué)院教授）