使用受鱼类启发的吸盘来监听鲸鱼的对话

为了了解抹香鲸并最终与抹香鲸进行交流，CETI 项目的研究科学家们寻求了不太可能的合作者——粘鱼的帮助。

CETI 由跨学科科学家团队于 2020 年发起，旨在聆听、理解和翻译抹香鲸的交流，抹香鲸是地球上大脑最大的物种。实现这一目标的关键是开发非侵入性软设备，将其附着在鲸鱼身上并记录它们的声音和其他数据。这项工作由哈佛大学 John A. Paulson 工程与应用科学学院 (SEAS) 工程与应用科学教授 Robert Wood、Harry Lewis 和 Marlyn McGrath 教授、CETI 项目机器人团队负责人以及国家地理杂志负责人领导。探险家。

Wood 和他的团队正在致力于开发可以在鲸鱼身上附着和分离的标签，而不会对皮肤造成任何损害，并且可以承受高达每小时 30 英里的速度、高达 1000 米的深度和低至几摄氏度的温度。

“在开发这些标签时，我们需要一种温和、稳定且可逆的方式来粘附鲸鱼，”伍德微生物实验室的博士后研究员艾丽莎·埃尔南德斯 (Alyssa Hernandez) 说。 “我们不想使用矛、刺、钩子或任何可能伤害鲸鱼的东西。粘合剂也不起作用，因为我们需要能够分离标签才能检索数据。吸盘对皮肤很温和，最终会自行分离，但只能停留几个小时。”

CETI 项目的研究人员需要他们的听力设备记录至少一两天的鲸鱼之间的对话，以了解它们发声的背景。

这让我们回到了粘鱼。

埃尔南德斯在哈佛大学获得了有机和进化生物学博士学位，研究昆虫如何附着在植物上的生物力学，她知道，在设计更好的吸盘方面，大自然在研发方面领先了几百万年。

在一篇新论文中，埃尔南德斯和伍德以及合著者杰西卡·A·桑多瓦尔和米歇尔·C·袁测试了一系列吸盘，其灵感来自于粘鱼、吸盘鱼、蜗牛鱼和河泥鳅的吸盘。研究小组发现，受粘鱼、吸盘鱼和蜗牛圆盘形状启发的设计可能适合可靠地承受抹香鲸游泳和潜水的剪切力。

该研究发表在《生物灵感与仿生学》杂志上。

大自然提供了许多不同的吸盘例子，从章鱼使用的圆形吸盘到泥鳅身上发现的全身花生形吸盘。

“我们经常认为吸盘是一个圆形的东西，但在生物学中事实并非如此，”埃尔南德斯说。 “这对我们来说很有趣，因为它提出了一个问题：这些不同的圆盘形状是否有原因?例如，具有更细长的形状对于帮助附着尤其是承受剪切力很重要。”

埃尔南德斯和团队设计了六种不同的吸盘——一个标准圆形，两个受吸盘和蜗牛启发的不同椭圆形，一个受泥鳅启发的花生形吸盘，以及一个受粘鱼启发的泪珠形和豆形吸盘。杯子的硬度也根据其形状而变化。

该团队使用绰号为“Armando”的机械臂在一个小水箱内测试了每个杯子。阿曼多将吸盘粘在不同粗糙度和柔顺性的不同基材上，然后将它们拖过表面，模仿游泳和潜水鲸鱼产生的温和剪切力。

研究小组发现，受吸盘和蜗牛圆盘启发的具有中等刚度的宽椭圆形以及受粘鱼圆盘启发的泪滴形杯在这些剪切条件下在较光滑的表面上表现最佳。

该团队还测试了带有软边的杯子，模仿自然界中发现的密封边。研究人员发现，具有这些柔软密封边缘的杯子通常比没有边缘的杯子更好地粘附在粗糙表面上。

“我们的研究揭示了吸盘性能的复杂性，并为温和、可逆仿生吸盘提供了构建模块，这些吸盘可用于哺乳动物监测和 CETI 项目以外的应用，包括用于与仓库或仓库中的易碎物体交互的机器人操作。农业或机器人手术，”该论文的资深作者伍德说。

CETI 项目创始人、纽约市立大学巴鲁克学院杰出生物学教授 David Gruber 表示：“学习如何将吸盘巧妙而有效地粘附在粘鱼和吸口鱼身上的抹香鲸身上，是非常有意义的。”伍德和格鲁伯于 2014 年在国家地理学会相识，当时他们成为了探险家，此后一直合作开发能够与海洋生物互动的温和机器人，包括在格鲁伯获得 2017/2018 年度哈佛拉德克利夫奖学金期间合作。

接下来，研究人员将在 CETI 项目开展实地工作的多米尼加岛抹香鲸身上测试新的杯子设计。