▎药明康德内容团队编辑
许多人可能在网上看过“跑酷（Parkour）”爱好者的视频，他们像武侠小说中会“轻功”的高手，能在空中做出各种高难度动作“飞檐走壁”。
树林里也有位技术高超的“跑酷大师”——可爱的松鼠（squirrel）。
▲本研究登上了《科学》的封面（图片来源：Lawrence Wang，Dominic Pang，Sebastian Lee，Jeremy Snowden，Tina Kuang和Frank Aliaga Auqui）
近日，来自加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）的研究人员发现，松鼠之所以能在树梢间毫无障碍地穿跳，是因为他们会在评估树枝间距离和树枝弯曲顺应性（弹性）等环境因素时，产生学习冲动以调整跳跃策略，并准确判断何时起跳、如何跳，以保证稳定着陆。
科学家表示，这项研究有望应用于改善智能机器人在复杂地形进行高性能活动的灵活性、学习能力和决策力，比如让搜救机器人能在倒塌的建筑物瓦砾中迅速找到幸存者。
相关论文发表在顶级学术期刊《科学》上。
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树栖动物经常需要在“地形”错综复杂的树冠间穿梭，以觅食或避开捕食者。当松鼠在弯曲的树枝间跳跃时，它必须评估自己要跳多远、并判断何时跳跃。如果跳得太早，树枝间又距离太大，松鼠就会跳不过去；而如果跳得太晚了，而脚下的树枝过于脆弱，松鼠就会无法起跳。
那松鼠是如何评估自己的生物力学能力的？它们如何判断什么时候需要跳跃？它们的评估准确吗？
为了回答这些问题，研究人员使用挂在半空的坚果，诱导狐狸松鼠（Sciurus niger）从模拟树枝的圆木棍上起跳，跨过不同的间距着陆，并用高速摄像机记录它们的跳跃过程，再进行定量分析与归类。松鼠需要判断需要跳过的间距、树枝的弯曲顺应性、和起跳的位置与时机。
比如，它们需要权衡，是从树枝末端起跳以缩短间距，但需要面对由于过于弯曲难以起跳的树枝；还是从离目标更远的地方起跳，但需要跳过更长的距离呢？?
CREDIT:?By waferboard - taking a swing at it Uploaded by Snowmanradio, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10592137
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研究人员发现，正如他们的预期，面对较小或较柔顺的树枝，松鼠跳跃时越谨慎。但无论树枝的顺应性或间距如何改变，松鼠都只需要几次尝试就能快速调整跳跃策略。在所有实验中，没有一只松鼠坠落到地上。
并且，当松鼠做决定时，起跳树枝的顺应性比间距重要6倍。研究人员推测，这可能是松鼠大脑中对自我的信任感在起作用。虽然松鼠不确定脚下树枝是否会在某一刻折断，但它们知道，哪怕计算错误，锋利的爪子可以拯救自己，而这正是它们在探索最佳跳跃策略时可以发挥创新性的地方。
▲松鼠在空中的跳跃过程（图片来源：参考资料[1]）“当狐狸松鼠遇到具有新的力学特性的树枝时，它们能够在仅仅几个跳跃中学会调整它们的起跳动作，这种适应跳跃和着陆结构的力学和几何学的行为灵活性，让松鼠得以灵活地对付各种复杂的跳跃条件。”该论文的第一作者Nathaniel H. Hunt教授说，“它们的爪子几乎万无一失，尽管它们有时会跳得过高或过低，但总能抓住树枝。”?
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研究人员还发现，即使跳偏了、或者没掌握好起跳速度，松鼠也能通过灵活改变着陆动作或控制状态进行机动补偿。例如，当跳跃距离延长时，松鼠会聪明地先落足于墙面，建立另一个接触点来调整空中的跳跃状态，然后再次起跳。科学家表示，松鼠可能利用任意物体来满足它们的跳跃需求。
如果跳得太远，它们就会绕着树枝向前翻滚；如果跳得太近，它们会用前腿着陆，然后在树枝下面摇摆，并用爪子把自己拉到树枝上面。
▲松鼠不同的跳跃方式（图片来源：参考资料[1]）此外，相比穴居动物更大的大脑，赋予了松鼠更好的视力和运动技能。CT扫描显示，随着时间的推移，松鼠大脑的相对大小在增加，其中与视觉和运动技能有关的两个关键区域的皮层、与帮助稳定眼球运动的岩状小叶都增大了。
并且，发育过程中，动物对运动行为的感知迭代过程也很重要。松鼠一生都在单次跳跃中进行试错学习，不断积累环境和动作之间的经验，以进行新的创造。
▲实验中松鼠没有一次掉下来（图片来源：参考资料[1]）“现实世界中的运动需要灵活性和创造力。”Hunt教授说，“如果我们能了解松鼠是如何做到这一点的，那么就能举一反三，发现在复杂地形下，适用于其他动物和机器人高性能运动的一般原则。”
这项研究不仅可以将松鼠的运动原理应用于智能机器人的设计，还有助于科学家了解松鼠瞬间跳跃时的大脑活动，以及这些跳跃行为随松鼠的成长会发生怎样的变化。研究人员将继续探索松鼠学习新的跳跃策略时，生物力学能力和认知能力之间的相互作用。
该论文的主要作者Robert J. Full教授评论道：“我认为这是下一个前沿领域：我们的身体是如何评估环境、又是如何决定运动的？”?
参考资料：
[1] Hunt, N. H., et, al. (2021). Acrobatic squirrels learn to leap and land on tree branches without falling. Science, 373(6555), 697–700. https://doi.org/10.1126/science.abe5753
[2] Leaping squirrels! Parkour is one of their many feats of agility. Retrieved August 5, 2021, from https://news.berkeley.edu/2021/08/05/leaping-squirrels-parkour-is-one-of-their-many-feats-of-agility/
[3] Leaping squirrels! Parkour is one of their many feats of agility. Retrieved August 5, 2021, from https://phys.org/news/2021-08-squirrels-parkour-feats-agility.html
[4] Squirrels use parkour tricks when leaping from branch to branch. Retrieved August 5, 2021, from https://www.sciencenews.org/article/squirrel-jump-leap-tree-branch-parkour-tricks
