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我家大娃小的时候,曾养过一只小兔子。所以,那时她常和我一起在沙河校区附近找各种各样的兔儿草。最容易采集到的“兔儿草”其实不是草,而是构树叶,到处都有。有好几次,我们采集的构树叶上都有“唾沫”。起初,我还以为是有人路过,随地吐痰吐口水,而我们又何其不幸。遇到多次后方才心生疑惑,我们就这么倒霉?这又才注意到这口水多在构树叶的背面而非正面!有谁这么有水平或这么有闲心,总能或专程把唾沫吐到构树叶背面。其中必有蹊跷。于是才仔细去扒拉唾沫,发现其中竟然有虫子。老大问我这是什么虫子,我也不知道,姑且名之“口水虫”(见图1)。其时还没有以图搜索的功能,只能各种文字描述搜索,再去多方核验印证。最后终于知道,原来这是一种沫蝉(froghopper)。此前几年(2003年),还刚有一篇Nature论文专门研究它的跳跃[1]。
图1:十多年前拍摄的构树叶上的沫蝉幼崽
2003年的这篇论文研究了学名为Philaenus spumarius 的一种沫蝉。它的体重大约为12.3毫克,体长6.1毫米。在准备跳跃时,沫蝉会抬起前腿和中腿,然后通过后腿的快速伸展来提供推力,整个过程在不到1毫秒的时间内完成。跳跃时,沫蝉的身体以大约58度的角度起飞,平均起跳速度为2.8米/秒,最佳跳跃速度可达4米/秒。这种跳跃使得沫蝉的身体承受了高达408倍重力的加速度。这种沫蝉的跳跃能力在所有生物中出类拔萃。它们跳跃的高度/体长比超过了跳蚤。它们的身体比跳蚤重得多,但加速速度却是跳蚤的四倍。这种沫蝉跳跃时施加的力是其体重的414倍,远高于跳蚤(135倍)、蝗虫(8倍)和人类(2-3倍)[1]。
前些天在家清理草莓时,发现草莓叶背面居然也有好些沫蝉幼崽(见图2)。于是呼唤我家二娃来见见世面,顺便讲了姐姐的“兔儿草”故事,再根据2003年Nature论文添油加醋地吹嘘了一下:别看现在它小时候住“口水”中,长大了可是不可超越的跳跃之王。言罢觉得这个牛吹得似乎有点过了,得再查查文献,心里才更踏实点。不查不知道,一查吓一跳。两年前(2022年)还真又新发了一篇Nature论文[2]。
图2:上月拍摄的草莓叶上的沫蝉幼崽
尽管跳蚤和沫蝉等具有惊人的跳跃能力,但在2022年的这篇论文中,来自加州大学圣塔芭芭拉分校、迪士尼研究院和加州理工学院等研究机构的研究者建模分析了生物跳跃高度和距离的生物力学限制。同时,他们通过模仿和超越生物的跳跃策略,构建了一个包含弹簧和电机的系统模型,设计了一种尺寸不到10厘米的工程跳跃机器人,一跃高达30米,实现了比自然界生物更高的跳跃效率。论文补充材料中有一些视频,展示了机器人跳跃的实际测试情况[2]。
从大娃到二娃,沫蝉还是沫蝉,但人类已经创造出超越沫蝉的工程跳跃机器人。生物几十亿年的进化已经赶不上人类科学技术的进步。人工智能也正在突飞猛进,人类积攒几十万年的智力进步是否也正在被人工智能超越?当人类的智力再也赶不上机器,我们的未来在哪里?我们有性有感情,有幸能生孩子?蒹葭苍苍,白露为霜。所谓伊人,在水一方。溯洄从之,道阻且长。溯游从之,宛在水中央。是为记。
参考文献
[1]. Burrows M. Biomechanics: froghopper insects leap to new heights. Nature. 2003; 424: 509.
[2]. Hawkes EW, Xiao C, Peloquin R-A, Keeley C, Begley MR, Pope MT, et al. Engineered jumpers overcome biological limits via work multiplication. Nature. 2022; 604: 657–661.
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