機械人設計新靈感，配備「海馬尾巴」

動物的尾巴一般都是圓柱體的，海馬的尾巴乍看也像是圓柱，但其實它是又方方正正的小稜柱組成。這個結構給它適應環境的優勢，也給人類的機械性能設計帶來靈感。

美國克萊姆森大學(Clemson University)機械工程師Michael Porter不僅發現了海馬尾巴的特殊結構，還研究了為什麼海馬的尾巴會這樣，最後發現這樣的尾巴能更方便它們抓取食物並且起着護甲的作用。

Porter的這一觀察能讓工程師設計出能抓取、纏繞及承受更多機械應力的機械人。從猴子、嚙齒類動物，到蠑螈、蛇和蜥蜴圓柱形尾巴已經在動物進化史上留下了深深的印記。但是海馬這個長得不像魚，游泳技巧也沒有魚嫻熟的魚類，連尾巴都搞個性。海馬的尾巴是由36個奇怪的方形板狀骨頭組成，再由厚厚的結締組織連接到它的脊椎，隨着尾巴變長而逐漸變小。

Porter的研究組正在研究如何在生物模板上設計新結構，他們花了幾年時間研究海馬的尾巴特殊的幾何結構。當他還是個博士生的時候就研究過海馬的骨頭，發現裡面只有40%礦物，其他大部分都是蛋白質和有機物。而在對骨頭進行載荷測試時，他發現承重的位置集中在連接骨片和尾巴肌肉的締結組織上，如此脊椎骨就更不容易受傷。

為了了解到海馬尾巴構造上更多的物理學應用，Porter的團隊3D打印了一個尾巴骨模型，造型跟上面給的圖片差不多。他們還打印了一條由圓環疊起來的尾巴，以及別的沒有分段的圓柱形、稜柱形尾巴。每條尾巴都進行過一系列測試比較各自的強度和靈活性。

海馬的尾巴最主要的作用是抓海草和珊瑚，用來當支架停在原地的尾巴需要有支點還必須可以彎曲，以免無法承受自己身體重量脊椎受傷。研究員們在擰各種不同的尾巴模型時發現，方形分段的尾巴會比圓形分段的尾巴更快恢複原狀，也更不費勁。而且在纏繞物體時，方形分段組合成的尾巴更不容易互相干擾，整體關節的活動程度也比圓形的少一半。這些都意味着海馬尾巴的造型能在面對機械應力時減少對脊椎的傷害。不僅如此，方形結構在抓取物體時也更穩，與物體表面的接觸點更多。

一條能承受住更多壓力的尾巴也不那麼容易被鳥喙啄斷尾。而經測試，海馬的尾巴強度也是最高的。它的每個接口都有自己的位置，當受到衝擊力時外面的骨片會滑動錯位緩解衝力，當衝力消失之後又會馬上回歸原位。

總而言之，海馬的尾巴在抗形變和抗壓測試中都比圓形結構好。

這一發現有助於發明更好、更新的機器。工程師們一直都想做既不容易形變彎曲，又有靈活性的機械人，這樣的機械又好控制能完成的任務又多。雖然人的腦力有限，但是大自然會給予我們靈感。我們在動物身上學習了很多，這一次在海馬尾巴上的驚喜發現將會給下一代更強大的機械人動力。

Gizmodo