如何像螳螂一样猛扑过去

猫掉下来的时候怎么总是能站稳呢?为什么吐司最后总是黄油朝下?一切都取决于事物的运转方式。这比听起来更重要——它可以帮助我们制造能够准确地从一个地方跳到另一个地方的机器人，这是目前的一个主要挑战。剑桥大学的科学家马尔科姆·巴罗斯和他的同事们一直在观察另一种擅长跳跃的动物——螳螂。Khalil Thirlaway去见他……

马尔科姆:在它们的自然栖息地，它们生活在植物的茎或树枝之间。当它们小的时候，它们没有翅膀。所以，如果它们在这些树枝上，到达另一个树枝的唯一方法就是跳过去。所以，我们安排他们站在一个平台上，给他们一个黑色的小杆子，作为他们可以跳跃的目标。它们会一次又一次可靠地跳到这个目标上。这使我们能够以每秒1000帧的速度拍摄这些跳跃，这使我们能够充分放慢时间，这样我们就可以解决它们在快速运动中所做的复杂动作。

哈利勒:那么，他们是如何产生这种能量的，而且每次着陆都如此准确?

马尔科姆:首先，它们要做的是坐在平台上，通过前后移动头部来扫描目标，似乎是估计它们要跳的距离。然后，它们为跳跃做准备，通过将腹部弯曲在身体上方来调整身体的重心，这样当中腿和后腿为跳跃提供推进力时，在起飞时身体就会产生旋转。一旦他们在空中飞行，他们必须调节身体的旋转量，这样它就能以正确的角度定向，以便能够用所有的腿着陆并抓住目标。那么，它们如何控制这种旋转呢?一旦它们在空中，除了空气就没有什么可以推动了。它们没有翅膀。在跳跃过程中，它们的前腿、后腿和腹部以不同的方向和不同的组合旋转，这是一系列复杂的动作。这些四肢和腹部的旋转储存了角动量，这意味着身体本身不会旋转得那么多，而是保持稳定，并在正确的方向上着陆。

哈利勒:我们怎么知道这些动作实际上是在微调螳螂的角度呢?

马尔科姆-我们有两种方法。首先，我们建立了一个模型。不是螳螂的人工模型，而是身体活动的数学模型。然后我们可以说，如果身体的其中一个部分不动会发生什么?我们做的第一件事是问，“如果腹部不卷起会发生什么?”答案是，它没有给身体带来必要的旋转。事实上，没有腹部旋转的情况是，它头朝前撞向目标，头撞到目标，然后滑了下来。

哈利勒:这可不像之前的场景那么优雅。

马尔科姆-一点也不，那只是身体的一部分出了问题。它告诉我们很多关于这些运动背后的机制。第二件事是实验性地干扰运动。所以，我们做的一个实验是把腹部的各个部分粘在一起这样它就不会卷曲得那么多。同样，它撞到目标上是因为它的身体旋转不够。

哈利勒:现在我们了解了螳螂在跳跃时如何微调方向的机制，你认为这将如何应用于其他研究领域?

马尔科姆:嗯，我认为它有自己的内在价值。这是一个非常复杂的运动，螳螂想出了一些复杂的机制来解决这个问题。但它可以应用于机器人领域。机器人专家正在努力做的一件事是制造真正会跳的机器人。他们在这样做时面临的一个巨大的设计问题是，一旦机器人离开地面，它往往会不受控制地旋转。

哈利勒:看来跳跃不是问题。让机器人安全着陆才是大问题。

马尔科姆-没错。让他们在空中保持稳定。所以，采用螳螂使用的一些机制，应该能让机器人专家更可靠地编程他们的机器人，并在它们升空后给予它们稳定性。

哈利勒:这似乎是另一个从大自然中获得灵感的例子，大自然只有数十亿年的进化时间，并将其应用于我们的问题。

马尔科姆-没错。我们尝试自己设计东西已经有几十年的历史了。所以，为什么不利用我们之前的东西呢?数十亿年的历史提供了可能在我们的设计中使用的解决方案。