研究人員發現，小溜冰鞋沿著海底的兩條腿狀鰭蹼蹬，相同運動神經元和基因來幫助人類和其他陸地脊椎動物行走
2018 年，小溜冰鞋，一種像鰩魚一樣大小的煎鍋魚，在進化生物學中引起了一。紐約大學的研究人員發現，小溜冰鞋沿著海底的兩條腿狀鰭蹼蹬，使用相同的運動神經元和基因來幫助人類和其他陸地脊椎動物行走。
研究結果表明，行走所需的神經網路可能早在大約4.2億年前就已經存在於溜冰鞋和哺乳動物的共同祖先中 - 比第一條無畏的魚爬出海洋早了數百萬年。
但是，我們古老的水生祖先究竟是如何行走的呢？雖然化石記錄保留了它們的骨骼，但控制它們運動的神經肌肉系統和通路卻丟失了。
這就是理論模型可以幫助闡明不同策略的範圍和難度的地方。
哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）的研究人員開發了一個數學框架來解釋水下行走是如何演變的。研究人員發現，溜冰鞋和人類的古老祖先可以使用可用的身體形態實現有效的水下行走，而能量非常少，控制簡單。
該研究發表在期刊上。 Royal Society Interface
研究人員表明，溜冰鞋和其他脊椎動物使用的左右交替步態是透過基於強化學習的簡單演算法產生的，與簡單的理論模型一致。為了測試該框架，研究人員構建了一個雙足機器人，並表明其行為與模型中的行為相似。
"我們的研究是理解腿部運動進化的另一塊拼圖，"SEAS應用數學博士後研究員，該論文的第一作者Fabio Giardina說。"我們表明，給定一個基本的形態，有一些簡單的控制定律將導致非常有效的運動。物理學為我們提供了在水下行走所需的一切。
"可靠的低重力環境和腿部身體形態的結合可能有助於在我們的水生祖先過渡到陸地之前為雙足步態鋪平道路，"Lola England de Valpine應用數學教授L. Mahadevan說，有機和進化生物學，物理學和該論文的資深作者。"隨著我們的古代祖先過渡到陸地，控制策略可能變得更加複雜。但在可靠的同質環境中，比如海底，也許只需要一個簡單的策略。
除了揭示過去之外，這項研究還為未來設計更高效的生物啟發機器人鋪平了道路。
"除了節能運動之外，我們發現我們的機器人可以從大型干擾中恢復過來，而無需主動糾正它們，我們將其歸因於設計對物理環境的適應性，"Giardina說。"我們相信，這種方法將幫助我們在未來建造更高效、更強大的步行機器人。
"我們的工作增加了越來越多的證據表明，要真正理解行為或使用機器人合成行為，我們需要考慮大腦，身體和環境之間的相互作用，"Mahadevan說。
