“这是每个孩子的梦想：既造机器人，又研究恐龙。”—— Michael Ishida，剑桥大学机器人学家
从“生物启发”到“古生物启发”的跨越
古启发机器人学（paleo-inspired robotics）源于更成熟的 “生物启发机器人学” 。后者根据现存动物（如蝾螈）来设计机器人；而前者面临一个核心难题：没有活体参照物。研究人员通过近亲、化石记录和基本物理定律来抽象并重建运动方式。现代技术进步——3D打印、计算机辅助设计、新型材料和高精度3D成像——正在推动该领域进入黄金时代。
OroBot：改写四足动物演化史
2800万年前的Orobates pabsti是一种四足动物，生活在哺乳动物和爬行动物分化之前。柏林洪堡大学的演化生物学家John Nyakatura团队利用化石CT扫描数据，结合现生动物（蝾螈）启发式机器人设计，建造了名为OroBot的机器人。由于标准执行器（将电能转化为运动的装置）尺寸较大，OroBot被放大到约1.4米长，是原生物体尺寸的两倍。通过分析其能量消耗、运动稳定性和足迹与化石脚印的相似性，团队得出结论：Orobates可能像现代凯门鳄一样行走。这比此前预期提前了约5000万年，改变了我们对早期四足动物演化的认知。
机器菊石：水下竞速揭示生存策略
菊石是具有螺旋外壳的头足类动物（现代乌贼和章鱼的近亲）。犹他大学的演化生物力学家David Peterman建造了不同壳型的机器人菊石，在50米标准泳池中进行“竞速”。结果显示：窄壳更稳定，能在保持直立的同时划水；宽壳更灵活，但需要更多能量来维持垂直姿态。菊石采用的壳型取决于其特定的生活方式和游泳形式。
Robofish：逆向工程登陆之谜
剑桥大学的Michael Ishida团队希望了解近4亿年前海洋动物首次从海登陆、学会行走的过程。由于缺乏过渡化石，他们研究了现代会走路的鱼类。团队选择了多鳍鱼（Polypterus senegalus）的“半步半滑”步态作为模型。通过构建并不断简化机器人，直到其无法前行——这相当于“逆向进行演化时间旅行”，帮助确定鱼类能够陆行所需的最少骨骼和运动特征。
Rhombot：软体机器人揭示已灭绝棘皮动物运动
卡内基梅隆大学的机械工程师Carmel Majidi团队研究已灭绝的侧囊虫（pleurocystitid）。受软体机器人技术启发，他们用形状记忆合金制作其尾部：通过电刺激沿尾部的局部加热，使其弯曲和弹动。机器人Rhombot和计算机模拟表明，侧囊虫很可能通过左右扫动尾部来推进，速度取决于尾部刚度和身体角度。更长的尾部更具优势（可增加速度而不增加能耗），这与化石记录中尾部逐渐增长的演化趋势一致。
关键信息速览
| 机器人名称 | 研究物种 | 关键发现 | 意义 |
|---|---|---|---|
| OroBot | Orobates pabsti（2800万年前） | 像现代凯门鳄一样行走，先进的陆地运动比预期早约5000万年 | 重塑早期四足动物演化树认知 |
| 机器菊石 | 菊石（已灭绝头足类） | 窄壳稳定，宽壳灵活；壳型决定其特定的生活方式与游动形式 | 揭示了灭绝生物的功能形态学与生态位适应 |
| Robofish | 多鳍鱼（现生，作为模型） | 确定鱼类陆行所需的最少骨结构特征 | 为缺失的“水-陆过渡”化石提供功能验证 |
| Rhombot | 侧囊虫（4.5亿年前棘皮动物） | 通过侧向扫尾推进；更长的尾部增加速度而不增能耗（与化石趋势吻合） | 验证了关于已灭绝无脊椎动物运动的假说，并预示了工程学中的优势结构 |
关键术语表
| 术语 | 解释 |
|---|---|
| 古启发机器人学 | 从已灭绝动物的化石记录中汲取灵感，设计并建造机器人用于研究其运动学和生态学的交叉学科 |
| 执行器 | 在机器人系统中，将能量（通常是电能）转换为物理运动的部件，相当于生物的肌肉 |
| 形状记忆合金 | 一种“智能”材料，能在加热时恢复到预设的变形形状，可用于制造无需传统马达的柔性机器人部件 |
| 中立浮力 | 一个物体在水中的浮力正好等于其重力，使其可以在不沉也不浮的状态下停留；对研究水生运动至关重要 |
| 功能形态学 | 研究生物体形态（结构）与其功能（如运动、进食）之间关系的学科 |
| 3D打印 | 一种增材制造技术，通过逐层沉积材料来创建三维物体，常用于快速制作化石复制品或机器人部件 |
——本文基于 MIT Technology Review 的“实地笔记”栏目专题报道编译，介绍古启发机器人学这一新兴交叉领域的前沿探索