https://frosthead.com

Ebamugavad robotid näitavad, kuidas sabad viisid esimesed maasõitjad uutesse kõrgustesse

Täna kasutab teie koer oma saba ringi tiirutades, osutades ja jälitades. Kuid sabad teevad sellest palju enamat: 360 miljonit aastat tagasi aitasid nad esimestel maaskäijatel teha saatuslik evolutsiooniline üleminek veelt maapinnale. Uues uuringus kasutasid teadlased kangekaelseid roboteid, mis olid kavandatud liikuma nagu kahepaiksed „räpased” kalad, et näidata, et esimesed maismaaskäijad võisid reetlikes kaldajoontes navigeerimiseks kasutada oma sabasid.

Seotud sisu

  • Isemäärdev mõõkkala eritab õli kiiremini ujumiseks

Selle nädala ajakirja Science numbris üksikasjalikult kirjeldatud leiud võiksid abistada amfiibrobotite kavandamisel, mis suudavad tõhusalt hajutada keerulisi pindu, näiteks liiv, mis võib voolata jäsemete ümber ja takistada liikumist. (Ei ütle, milleks neid krapsakäbalisi roboteid võidakse kasutada, kuid tasub märkida, et uuringut finantseerisid osaliselt USA armee uurimisbüroo ja armeeuuringute labor.)

„Maa ei ole lihtsalt kõva betoon ega kivid. See võib koosneda liivasest ja mudasest lahtisest pinnasest, mis voolab kokkupuutel, ja liikumine selliste materjalide vahel ei ole sugugi tühine, ”ütleb uuringujuht Daniel Goldman, Georgia Tech biofüüsik, kes on spetsialiseerunud loomade liikumisele.

Varasemate maapealsete selgroogsete ehk tetrapoodide liikumisvõimaluste paremaks tundmaõppimiseks uurisid Goldman ja tema kolleegid Aafrika mudskipperi liikumist. See on väike kahepaikne kala, kes elab kalda lähedal loodete piirkonnas ja veedab oma aega nii vees kui ka liivastel ja porised pinnad. Mudalõksud kasutavad oma nunnud uime maa peal jalutamiseks ja on teada, et nad hüppavad aeg-ajalt saba sirutades.

Meeskonna tähelepanekutest selgus, et mudaraviva saba on tasasel pinnal liikumiseks vaid vähesel määral kasulik, kuid see muutub märkimisväärselt olulisemaks, kui olend peab libistama end libedatel kallakutel üles.

Et paremini mõista, kuidas mudakippur oma uime ja saba kooskasutas, kasutasid teadlased 3D-printerit, et luua robot, mis jäljendab olendi mõnda võtmeliigutust. Kõige tähtsam on see, et “MuddyBot” suudab teha tõuke ja tõugata oma esijäsemeid tahapoole - liikumist, mida nimetatakse “kargustamiseks” - ja see võib oma võimsa saba asetada erinevate nurkade alla maapinnale oma jäsemete suhtes.

"See ei ole kõige glamuursem seade, " ütleb Goldman, "kuid see on hästi juhitav. Me kasutame teaduse tegemiseks robotit ja sel juhul räägime asjadest, mis juhtusid 360 miljonit aastat tagasi. ”

Robotil on kaks jäsemet ja võimas saba, mille liikumist tagavad elektrimootorid. (Rob Felt, Georgia tehnik) Robotil on kaks jäsemet ja võimas saba, mille liikumist tagavad elektrimootorid. (Rob Felt, Georgia tehnik)

Nagu Mudskipper, vajas ka MuddyBot 20-kraadise liivakalde tõusuks sabast lööki. Saba oli kasulik ka kinnituspunkti jaoks, nii et robot ei libisenud nõlval alla tagasi.

"Vaadates roboteid, saime välja tuua mõned eelised, mis kaasnevad sabade kasutamisega koos jäsemetega, " räägib Goldman. "Eriti järsu kaldega materjalide korral lähevad nad üsna kiiresti luhtuma, kui te saba ei kasuta."

Leiud on oluline samm varasema tetrapodade liikumise mehaaniliste põhimõtete ja eriti sabade olulisuse mõistmiseks - see ei ole mõeldud -, ütles Berliini Humboldti ülikooli evolutsioonibioloog John Nyakatura, kes uuringuga ei tegelenud.

"Pikka aega peeti salamandri liikumist kõige sobivamaks mudeliks [varase tetrapodade liikumise jaoks], " ütleb Nyakatura, kes kirjutas Science'i leidude kohta seotud uudisteartikli. "Kuna salamandrid ei kasuta saba sellisel viisil keerukatel tugedel nagu järsud, liivased kalded, ei mõelnud keegi sellest sabast."

Nyakatura kiitis ka meeskonna uuenduslikke meetodeid. "Mulle meeldib selle töö juures see, et see lähtub erinevatest uurimismeetoditest: robootika, simulatsioonid, eluskalade biomehaanika, " ütleb ta. „Eriti simulatsiooni ja robotite kasutamine pakub suurepäraseid võimalusi paleontoloogia funktsionaalseteks järeldusteks. Need lähenemisviisid võimaldavad (teil) individuaalseid parameetreid süstemaatiliselt varieerida. Uurida saab kogu „parameetrite ruumi”, sealhulgas parameetrite kombinatsioone, mida elusloomadel ei saa täheldada. ”

Londoni ülikooli evolutsioonilise biomehaanika professor John Hutchinson nõustus sellega. Veest maale liikumine oli oluline üleminek selgroogsete evolutsioonis ja see pani aluse kõigele, mis sellest ajast peale on toimunud selgroogsete rühmas, "ütleb Hutchinson, kes polnud uuringutega seotud. "Keegi pole kunagi robotit selle ala valgustamiseks kasutanud, nii et on huvitav näha, kuhu see läheb."

Ebamugavad robotid näitavad, kuidas sabad viisid esimesed maasõitjad uutesse kõrgustesse