工程師首次以數位方式再現了章魚手臂複雜的肌肉結構及其獨特的動作，這為開發具有前所未有的靈巧性的軟體機器人打開了大門。由伊利諾大學厄巴納-香檳分校機械科學與工程系領導的研究小組成功建立了章魚手臂的計算模型，該模型能夠複製八臂頭足類動物如何移動、抓取和操縱物體。

馬蒂亞-加佐拉（Mattia Gazzola）副教授說：”總的動機是想知道如何控制具有許多自由度的複雜系統，並找到運行昂貴計算的替代方法。章魚是一種有趣的動物模型，自20世紀80 年代以來就一直被研究。

雖然我們仍不清楚章魚肌肉的精確運作機制，但這項研究是我們所見過的最先進的模型。 由於章魚沒有中樞大腦，而是在每個附肢上都有”迷你大腦”，因此科學家們一直在努力重現章魚的這種運動。 但是，破解這項密碼可能會改變遊戲規則，為高效、多功能的自主軟機器人技術提供模板。

在早期工作的基礎上，研究小組在這項研究中觀察到章魚穿過螢幕屏障，抓取、操縱和移動放置在水箱隔板另一側的一系列物體。 結合視覺記錄，研究人員分析了核磁共振成像、組織學和生物力學數據，形成了一個模型，將近200塊相互連接的章魚手臂肌肉納入模型中。

加佐拉談到他們的模特兒對象時說：”就像和一個小孩子一起工作一樣。”你必須知道如何接近（章魚）並讓它保持參與。我們沒有處理成千上萬個自由度，而是將兩個拓撲量–蠕動和扭轉–與肌肉動力學聯繫起來。這兩個量分別由不同的肌肉群控制，它們的共同活化產生了第三個拓撲量，描述了手臂的三維形態變化，也就是它的運動。 “

雖然這些影片看似簡單，但卻是研究人員試圖揭開章魚軟體運動力學奧秘的五十年研究成果。 它可能是工程師一直在尋找的羅塞塔石碑，為開發精確流暢的軟體機器人繪製藍圖，而這正是科學家們幾十年來一直無法實現的目標。

接下來，研究人員希望將他們的計算模型轉化為物理原型，並利用這種錯綜複雜的肌肉結構進行自主任務訓練。

“我們的理論理解仍然是一種直觀的方法，”加佐拉說。 “我們希望開發一個自動化框架，這樣章魚模型就能學會自主執行任務。”

章魚的手臂是動物界公認的最靈活的肢體之一–它的運作沒有關節等骨骼結構，這一點更令人印象深刻–但章魚是出了名的難研究動物，我們仍然不知道構成其八個附肢的橫向、縱向和斜向肌肉的確切工作原理。

有了這個簡化了”機械智能”設計和控制原理的模型，研究人員相信，他們離利用大自然推動這一生物技術領域的發展越來越近了。

這項研究的第一作者阿爾曼-特基納普（Arman Tekinalp）說：「我發現，從活體動物身上學習，並將一些見解轉化為軟機器人設計的想法，是一件非常有趣的事情。 “

這裡還有幾段來自這項研究的影片。

製作章魚臂

章魚臂：抓取物體

章魚手臂夠取、抓取和擷取物體

這項研究發表在《美國國家科學院院刊》雜誌。