蜘蛛恐惧症患者常常把蜘蛛不可预测的移动当作他们害怕的原因，他们指出，蜘蛛每一条细长的腿似乎都以一种恐吓人的程度自主抬起、弯曲和摸索。
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可能令人不安的是，我和我的同事Thiemo Krink进行的一项研究显示，在某种程度上，蜘蛛的每一条腿确实独立于大脑，尤其是在织网这种复杂的任务中。
我们的研究表示，蜘蛛的腿有它们“自己的思维”，在织网时不需要大脑的监督，这对机器人领域有着重要的意义，科学家们或许能从这个分散智能的例子中得到启示，从而发明具有类似自主性的机器人四肢。
为了得出结论，我们观察了一种常见的花园蜘蛛——十字园蛛（Araneus diadematus）。这是一种大家都十分熟悉的生物，它既存在于我们的后院里，又是儿童读物《夏洛的网》中的女主角。
蛛网工程师
蜘蛛网具有很多功能。它们为蜘蛛提供了一个安全的家，但众所周知，它们也是一个看不见的、高度灵活的陷阱，能捕捉并牢牢抓住任何一只离蛛网太近的昆虫。
为了实现这个功能，蜘蛛网利用一个坚固的放射状支架，其顶部有一个被称为“捕获螺旋”的结构，它柔软而具有黏性，并能用一种极其机敏的微观纺丝机制来吸引蜘蛛的猎物。
这种捕获螺旋不仅能利用静电荷来捕捉昆虫，它还能利用一种复杂的胶水紧紧地抓住昆虫，胶水还具有一种特殊弹性，能让蜘蛛网极富伸展性，使得那些不幸落入陷阱的昆虫无法挣脱、难以重获自由。
互联网便是一个很好的类比，因为蜘蛛网上至少利用了五种不同的蛛丝，它们之间交叉和连接的方式创造了一种信息过滤能力，就像蜘蛛善于感知的腿随时都能注意到任何微小的振动。
蜘蛛网图
鉴于蜘蛛网的精巧复杂性，我们必须要问，一个如此小的动物，它明显只有一个很小的大脑，是如何设计并建造出这种高级结构的？现代科技帮助我们开始理解蜘蛛是如何完成这样复杂的任务的。
通过录像和追踪它八条腿的移动，我们能够精确细致地追踪蜘蛛的织网活动，发现这个建造过程像一支精心编排的舞蹈，它围绕着一个枢纽中心，遵循着可复制的规则。
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这些规则非常简单。每一个步骤和蛛丝的掌控都遵循着一种固定的行为模式，蜘蛛的一条腿会测量角度和距离用来放置另一条蛛丝，然后快速地在蛛丝上涂上胶水，这个过程中精度和间距的控制通常是无可挑剔的。许多年前，我们编写了一个虚拟的蜘蛛，名叫Theseus，以演示蜘蛛是如何工作的。
蛛网结构的表面复杂性是由数千次小步骤和动作组成的长序列的结果，每一次行动都建立在前一个步骤和动作的基础之上。这种迭代过程为蛛网注入了一种突变属性，这种特殊属性是不同组分共同工作的结果，能提供一种卓越的建筑和工程功能。
业务外包
蜘蛛织网时，手（或者说是脚）任务的复杂性似乎需要蜘蛛的大脑把这项工作外包给它的八条腿。换句话说，蜘蛛腿半自主地进行织网活动，八条肢干在局部的、封闭的反馈回路中表演舞蹈。
这是我们在实验室内研究蜘蛛在框架内织网后发现的规律。在一些实验中，我们切断了一些已经织好的蛛丝网。在另外的试验中，我们像摩天轮运动一样旋转蜘蛛网。进行这项探究不是为了惹怒蜘蛛，而是为了帮助我们了解支配蜘蛛织网活动的规则。
随着一套规则的制定，包括如何帮助蜘蛛继续织一个已经被扰乱过的网，我们把这些规则教给了虚拟蜘蛛Theseus。
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基于我们在实验室观察到的真实蜘蛛的舞蹈，我们教给Theseus的新规则表明，每一条腿实际上都以一个独立代理人的身份进行着许多织网动作。这个发现反过来帮我们解开了为什么蜘蛛在缺失一条腿后仍然能织出完美的网的谜题。
当蜘蛛的一条腿被困住时，它就会被抛弃，等到蜘蛛再次蜕去它的外骨骼时，一条短一点的腿便会重新长出来。这个新肢不仅只有正常腿的一半大小，而且形状也不一样，有不同的翅毛和传感器。然而，不知何故，拥有再生腿的蜘蛛仍然能继续编织完美的网。
在进化的过程中，蜘蛛腿在一定程度上能独立思考，这意味着再生腿的不同特性并不会影响其织网活动。
这使得大脑从对八条腿执行复杂活动的微观管理中得到释放，可以专注于像寻找捕食者这样的生存活动中。这种高效、分散的系统与现代机器人专家非常相关，因为他们的人工设计常常受到自然世界的启发。
实际上，蜘蛛不是唯一能分散大脑任务的动物，大部分动物在一定程度上都拥有这种能力，比如人类的心脏能连续地跳动。但通过蜘蛛结的网，它们为我们提供了一种具体的、可观察的、迷人的方法，来衡量和理解这种去中心化是如何运作的。
蜘蛛这种巧妙的技巧在于它将简单任务的计算嵌入了其四肢结构之中。机器人专家把这称为形态计算，而且是直到最近才发现它的能力。事实证明，这种不起眼的花园蜘蛛早在1亿年前就能出色地使用这种能力了。
撰文：Fritz Vollrath
翻译：黄子郁
审校：殷姝雅
引进来源：theconversation
本文来自：中国数字科技馆