松鼠登上最新《科学》封面，“跑酷”高手究竟是怎样炼成的

如果动物世界有奥运会，松鼠一定是啮齿类动物中当之无愧的体操冠军。除了出色的平衡能力，它们甚至可以在狭窄的树枝或陡峭的地形之间优雅地跳跃。

最近一项研究发现，当野生松鼠穿梭于高处的复杂地形时，为了避免因意外坠落而丧命，它们会瞬间测量出自己所处位置与落点之间的精确距离，并及时调整动作，完成最佳跳跃。对于一些特别危险的地形，他们甚至可以像杂技一样在空中自由移动，就像一个天生的“跑酷高手”。

为了找出松鼠瞬间测量能力的原因，来自美国内布拉斯加大学生物力学系的助理教授Nathaniel H. Hunter和他的团队对松鼠的跳跃行为进行了一系列评估实验。

实验证明，生物力学能量控制和试错学习的协同作用是决定松鼠准确跳跃的主要因素。相关研究以论文形式发表在《科学》杂志上。

这篇论文的题目是《杂技松鼠学会跳跃并落在树枝上而不掉落》，纳撒尼尔·h·亨特(Nathaniel H. Hunt)是通讯记者。科学封面上的松鼠

松鼠如何成为跑酷高手？

松鼠在着陆点跳跃以获得花生奖励。

“松鼠是穿梭于树梢之间的高手，从一根树枝跳到另一根树枝上而不会掉下来。作为一个熟悉平衡和敏捷的生物极限的模型生物，我认为松鼠是首屈一指的。此外，它们还是二维和三维空定位的高手，通过感官提示在空之间移动。”亨特说。

为了观察松鼠的跳跃行为，亨特选择了伯克利校区的散养松鼠作为研究对象。据了解，该校区有两种松鼠，分别是东美松鼠和狐松鼠。

团队对这些松鼠倾注了很多心血。为了准确观察每只松鼠跳跃的差异，研究人员通过注射器在每只松鼠的皮毛上标记不同颜色的染料，以跟踪松鼠的日常活动。他们甚至在校园西侧的小树林区搭建了一个室外障碍训练场，模拟不同分支之间的距离或高度差异。

实验装置包括一个坡道，一个通往不同柔性和刚性的模拟树枝的发射平台，以及一个靠近着陆点的装有花生的杯子，以鼓励松鼠在发射平台和着陆点之间跳跃。一旦松鼠将花生从杯子中取出，团队就开始逐渐增加横梁末端和着陆平台之间的间隙。大多数松鼠在30分钟内就掌握了这项任务。

在实验过程中，改变松鼠跳跃点的灵活性对实验结果至关重要，因为它迫使参与实验的松鼠在稳定性和跳跃距离之间找到一个可行的权衡。因此，研究人员在实验中逐渐增加了松鼠的难度，增加了树枝的柔性或刚度范围以及最小间隙距离。

但是松鼠很快就想出了如何改变它们跳跃的生物力学，当它们从更灵活的模拟树枝上跳下时会更加谨慎。

经过一系列实验，研究小组发现松鼠会根据环境的具体情况实时调整跳跃动作，比如改变起跳点和落点的位置。但是松鼠只有经过几次尝试才能掌握这种方法，也就是通过不断的学习来提高适应环境的能力。复杂环境下的动态决策非常重要。

虽然在人类观察者看来，松鼠的生活极其单调，基本上重复着吃、睡、爬的步骤，但不可否认的是，松鼠也涉及到精细调整的认知技能。

另外松鼠的记忆能力很强空。它们会在秋天的6到8周内收集冬天需要的坚果和橡子，将每个坚果分别埋起来，几个月后再凭记忆取回。由于这种记忆认知，松鼠成为专门的种子传播者。

亨特认为，对松鼠的研究为人类运动的研究人员和工程师共享的“决策、学习和行为在挑战环境中的作用”提供了新的见解。“这种适应跳跃和着陆结构的力学和几何结构的行为灵活性，对于准确穿越间隙着陆小目标非常重要。”亨特说。

事实上，亨特团队对松鼠的第一个实验侧重于决策。研究小组在跳跃平台上使用了三种具有不同柔韧性的模拟树枝:一根桦木杆、一根塑料管和一根覆盖着黄铜杆的塑料管，以观察松鼠习惯于调整跳跃动作过快或过慢后的几种不同的着陆动作。

比如松鼠跳过落地平台，就会绕着树枝往前滚；如果它们跳得稍微矮一点，就会用前腿抓住树枝，在树枝下荡来荡去，把自己拉上去吃花生；但有时，松鼠跳得恰到好处。

研究小组惊讶地发现，松鼠有时会采取创新的、类似跑酷的动作来缩小差距，并获得美味的花生，即在跳跃过程中重新调整身体的方向，以获得更平稳的着陆方式。为了测试松鼠采取这种策略的频率，研究小组同时调整了间隙距离和着陆高度。

结果显示，10只松鼠完成了这种跑酷的324跳，尤其是中跳和跳远，松鼠使用这种动作非常一致。这意味着适应性跳跃、学习控制和稳定操作对松鼠成为跑酷高手起着至关重要的作用。

“目前，没有像松鼠一样敏捷的机器人，也没有能够在复杂环境中学习或做出动态任务决策的机器人——但我们的研究表明，这种机器人需要各种能力。这变得更具挑战性，因为您还必须评估您的环境。”亨特说。

接下来，该团队将继续研究松鼠生物力学的复杂性及其与认知的关系，希望有一天能创造出一个具有松鼠般跳跃能力的机器人。(综合报道)(编辑/费勒孟)