Elliot Hawkes：“機(jī)器人物理模型使我們能夠研究繞行在障礙物導(dǎo)航中的作用的力學(xué)原理。它使我們能夠深入了解章動(dòng)化提高滲透率的機(jī)制。

新的研究揭示了植物根部在異質(zhì)的、經(jīng)常是巖石的土壤中航行的分子和機(jī)械策略。盡管他是一名機(jī)械工程師，但來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)圣巴巴拉分校的機(jī)器人專家埃利Elliot Hawkes是生物系統(tǒng)的忠實(shí)粉絲。以至于他開發(fā)了一種模仿植物根部的軟性機(jī)器人--一種柔韌的、類似于藤蔓的機(jī)器，從它的頂端展開來(lái)繞過(guò)堅(jiān)硬的障礙物。

他的機(jī)器人可以為人類做的事情就像根對(duì)植物做的事情一樣：以可展開錨固件的形式提供穩(wěn)定性，并獲得生存所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

因此，當(dāng)美國(guó)杜克大學(xué)生物學(xué)家Philip Benfey領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員試圖更好地了解真正的植物根如何在土壤中工作時(shí)，Hawkes是他們尋找的人之一。

Hawkes說(shuō)：

“這個(gè)想法來(lái)自作者之一，Daniel Goldman教授，他正在研究論文的物理方面。 佐治亞理工學(xué)院的物理學(xué)家和教授都知道該機(jī)器人，并意識(shí)到它將為真實(shí)的生物系統(tǒng)提供一個(gè)很好的模型。”

機(jī)器人建模是該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)之一，同時(shí)還有水稻種子在透明凝膠中發(fā)芽的延時(shí)視頻，以及對(duì)正常和突變的水稻種子在有孔塑料板上生長(zhǎng)的觀察。論文稱，圓周運(yùn)動(dòng)，或生長(zhǎng)中的根尖的扭曲、螺旋運(yùn)動(dòng)，是Charles Darwin推測(cè)的一種現(xiàn)象，目的是讓根長(zhǎng)過(guò)障礙物。然而，由于缺乏基因突變體(在這種情況下，幼苗的根在生長(zhǎng)過(guò)程中不會(huì)扭曲)，因此很難確定植物根部如何以及為什么會(huì)發(fā)生螺旋運(yùn)動(dòng)。

在機(jī)器人物理實(shí)驗(yàn)中，Hawkes的藤蔓機(jī)器人被制作成向下航行，通過(guò)一個(gè)由釘子組成的二維障礙課程，旨在模仿植物根部在首次進(jìn)入地球時(shí)可能遇到的奇特巖石和其他硬材料。

Hawkes說(shuō)：

"機(jī)器人物理學(xué)模型使我們能夠研究環(huán)形障礙導(dǎo)航功能的機(jī)械原理，它使我們能夠深入了解堅(jiān)果化提高滲透力的機(jī)制。"

他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)器人的尖端被弄得只能向前移動(dòng)時(shí)，它經(jīng)常會(huì)被卡在一個(gè)釘子上，而如果尖端左右擺動(dòng)，它就能幾乎正面遇到障礙物，但會(huì)從障礙物上滑落，并找到新的方向。他解釋說(shuō)，兩者的區(qū)別在于根尖對(duì)物體施加的力的方向：直根對(duì)障礙物施加的力更直接，而擺動(dòng)的根產(chǎn)生的力則指向遠(yuǎn)離障礙物的地方，使根尖在大多數(shù)情況下都能瞥開。

在測(cè)試中，螺旋策略也更加成功，測(cè)試結(jié)果顯示，環(huán)狀水稻種子根找到塑料板上的孔洞的可能性是其突變直生長(zhǎng)的同行的三倍。當(dāng)種植在代表典型的隨機(jī)巖石土的介質(zhì)中時(shí)，具有扭曲根的幼苗比具有直根的幼苗更成功地建立起來(lái)。

根據(jù)研究人員的說(shuō)法，扭曲的生長(zhǎng) "似乎被根部作為一種強(qiáng)大的探索策略，"這種策略在生長(zhǎng)的最初階段至關(guān)重要，因?yàn)橛酌缡紫仍噲D在地面上建立自己。