短小精幹雞母蟲,誰說我不擅長挖洞?順便教教你怎麼設計機器人。
陳政佑
陳政佑

短小精幹雞母蟲,誰說我不擅長挖洞?順便教教你怎麼設計機器人。

2021-10-21|閱讀時間約 5 分鐘
研究雞母蟲價值可大了

最鄰家的甲蟲王者,就連雞母蟲也能被研究?  

大家好,我是菜編,這次要分享的論文跟之前的主題很不一樣,今天要來談談:
雞母蟲怎麼挖洞的?
  白白胖胖的雞母蟲是鍬形蟲、兜蟲等昆蟲幼蟲的通稱,據說是因雞鴨啄土時會不經意翻出,富含蛋白質的蟲體剛好能作為養分補充來源,所以農戶們才將其命名為「雞母蟲」,而本篇論文的主角獨角仙(Trypoxylus dichotomus,算是最家喻戶曉的甲蟲了吧?菜編小時候養的第一隻甲蟲也是獨角仙,寫到這邊講個題外話,因為當時不知道雄獨角仙的生殖器長什麼樣子,以為是什麼不知名的附著物,趕忙緊張地用剪刀剪掉它,現在想起來無知真可怕,也很對不起那隻獨角仙。
  不過,不只小朋友喜歡養雄壯威武的獨角仙,連大阪大學的研究者也對牠們的幼蟲感到好奇,尤其是這些土中居民的挖洞方式,或許能給工程師新的挖洞建議

古城裡的革新力量,持續創造的大阪大學

  提到大阪,印象深刻之一就是那些古色古香的建築物,而坐落其間的大阪大學(OSAKA University)成立於1931年,起源自1838年由高安先生(OGATA Koan)成立的私塾,這間私人學校兼具疫苗研究和霍亂治療的功能,也培養出許多明治時期為日本開闢道路的人才,1869年高安先生的兒子和荷蘭醫生協助明治政府建立了醫學大學,之後歷經多次改制跟擴編,時至今日才有了這在日本數一數二研究型綜合大學 – 大阪大學,且仍不間斷地創新,並融合文化創造,面向全球發展。
酒糟不要舔(不要模仿他人,要開闢自己的道路)
    – NAGAOKA Hantaro 大阪大學第一任校長
大阪大學歷史/大阪大學網站

旋轉跳躍我閉著眼,硬土看不見,你卡住了沒?

  身為活在土裡的動物,微胖的雞母蟲好像不太適合鑽洞,但這靈活的小傢伙卻有自己的絕佳妙計!首先以透明小盒子觀察,可以看到雞母蟲旋轉鑽入土裡,土壤硬度(Hard condition:土比較硬的狀況)很明顯地影響到牠移動的速度跟軌跡,不過科學家卻發現這個方法有一個嚴重缺陷,如果各位有看過之前關於影像處理的研究分享,應該也看得出這樣的影像清晰度有點問題?
土壤硬度影響雞母蟲移動 (Haruhiko Adachi et al.2021)
  就算小盒子很窄,土裡的雞母蟲還是有太多部位被土屑擋住,嚴重影響到影像辨識的品質,不過聰明的研究者卻以「吸管」解決了這個問題,在堆滿吸管的小盒子裡,直徑6毫米的吸管效果相當於硬土,10毫米的則相當於軟土,採用這樣的介質,就能在移動過程中清晰地看到蟲體的各個位置,也能準確的追蹤移動路線(右圖),沒想到吸管除了能被拿來喝飲料,還會有這樣一個新的用途。
以吸管模擬土壤進行實驗
  最後,研究結果發現雞母蟲確實會依土壤的硬度跟顆粒大小改變挖洞方式,面對比較硬的介質移動比較緩慢,途中會採取較多的旋轉動作,而在較軟的介質裡,則能順利地直線向下進發,跟在鬆軟土壤裡唯一的行為差異,就是在10mm吸管堆中,雞母蟲會再向上移動,不過這個部分作者安達先生就沒有特別論述原因。

研究雞母蟲怎麼動能帶來科技發展?我才不信。

  不知道大家有沒有聽過生物仿生學(Biomimicry)?這個學科的基本意義就是「取法生物機制發展新科技」,舉例來說,魔鬼氈就是照黏在動物毛髮上的刺果為目標所設計出來的。另外,近年來也有許多勘災機器人以模擬動物的移動方式進行開發,像是蛇型機器人,甚至還有柏克萊大學的蟑螂型機器人,而經由這個研究曝光的雞母蟲挖洞大法,是否能為挖洞機器人帶來新的技巧呢?讓我們拭目以待。
  菜編大二的時候曾參加過全球仿生設計競賽,這個比賽希望參賽學生以生物機制做為發想,結合不同領域的人,產出一個從產品生產、設計到完備商業模式的專案,不用實際做出來,但想法要夠創新,也要夠完整,並具一定程度的可行性,該競賽每年都會舉辦,在全球賽之前也都會先有臺灣海選,這幾年因為新北市政府大力支持,獎金比當年豐碩許多,歡迎有興趣的人報名參加,有任何問題也能留言或私訊詢問。
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資料來源:

  1. 大阪大學歷史:https://www.osaka-u.ac.jp/en/guide/history.html
  2. 論文本文:
    Adachi, H., Ozawa, M., Yagi, S.et al.Pivot burrowing of scarab beetle (Trypoxylus dichotomus) larva.Sci Rep11,14594 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-93915-0
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作者介紹
陳政佑
陳政佑
大家好我是政佑,科研初心者、sky in the wall 菜編,日常進行神經科學研究,假日喜歡跑野外認識動植物,也喜歡分享所學給更多的人。希望能以自己的文字,讓科學的有趣接觸群眾,也希望以自己的經驗,讓實驗室跳脫冰冷想像,目前持續推出大哉問、科普文章、旅遊文章,若有意願合作歡迎私訊臉書。
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2020大二下我加入清大焦傳金老師實驗室,做烏賊行為實驗,應該很多人對實驗室日常感到陌生,甚至覺得實驗室很無聊,這個專題就是要告訴各位「實驗室很有趣」,還會帶來一些科普知識、頭足綱簡介。
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