Až dosud, kdy vědci a inženýři vyvíjeli měkké roboty inspirované živými organismy, se zaměřovali na živé, moderní příklady. Například jsme dříve informovali o aplikacích měkké robotiky, která napodobuje chobotnice, kobylky a gepardy. Tým výzkumníků však nyní poprvé spojil principy měkké robotiky a paleontologie a vytvořil měkkou robotickou verzi pleurocystitidy, starověkého mořského tvora, který existoval před 450 miliony let.
Pleurocystidy jsou příbuzné moderním ostnokožcům, jako jsou hvězdice a křehké hvězdy. Organismus má v evoluci velký význam, protože se věří, že tomu tak je První ostnokožci Dokázal se pohybovat: k pohybu na mořském dně používal svalnatý trup. Ale kvůli nedostatku fosilních důkazů vědci… Nerozuměl jasně Jak organismus využíval kmen k pohybu pod vodou? „Ačkoli jeho životní návyky a držení těla jsou poměrně dobře pochopeny, mechanismy, které řídí pohyb jeho trupu, jsou vysoce kontroverzní,“ uvedli autoři dříve publikované studie zaměřené na kmen ostnokožců. Pozn.
Nově vyvinutá replika měkkého robota (také nazývaná „kosočtverec“) ostnokožce umožnila výzkumníkům rozluštit pohyb organismu a různé další záhady spojené s evolucí ostnokožců. Ve své studii také tvrdí, že replika bude sloužit jako základ pro paleontologii, relativně nový obor, který využívá měkkou robotiku a fosilní důkazy ke zkoumání biomechanických rozdílů mezi formami života.
Vytvořte repliku měkkého robota
Existuje mnoho důvodů, proč se vědci nepokoušejí vytvořit měkkou robotickou verzi něčeho tak vyhynulého a starého jako zánět pohrudnice. Je těžké pochopit, jak se organismus pohybuje, protože neexistuje žádný moderní protějšek. Fosilní důkazy navíc poskytují pouze omezené informace o tom, jak se organismus pohyboval. Zatímco někteří vědci například naznačují, že bakterie pleurocystis plavou, Jiní argumentují Vykazovaly veslování nebo sinusové pohyby.
K překonání těchto problémů výzkumníci spolupracovali s paleontology, kteří se specializují na ostnokožce. Shromáždili fosilní snímky, CT skeny a všechny další důkazy, které mohli najít, a poté tato data použili k návrhu těla a stonku pleurálního vaku. Poté pomocí tvarování elastomerů a 3D tisku postavili různé části robota na základě návrhu.
Když se pokusili přimět robota pohybovat se pomocí trupu (jako skutečné končetiny), čelili další výzvě. „Měkký pohon používá nitinolový drát, slitinu s tvarovou pamětí (SMA), která často vyhoří a trvale se natáhne. To vyžaduje vyrobit několik stonků (vyrobeno bylo asi 100) a vyměnit, když se pokazí.
Bylo také obtížné replikovat měkké, svalnaté torzo bakterií pleurisy, protože výzkumníci nebyli schopni použít konvenční ovladače, které jsou příliš objemné a tuhé. „Místo toho jsme potřebovali použít speciální 'umělý sval' drát sestávající ze slitiny nikl-titan, který se smršťuje v reakci na elektrickou stimulaci. To nám umožnilo vytvořit motor podobný trupu,“ dodal Carmel Majidi, hlavní autor studie. a profesor strojního inženýrství na Carnegie Mellon University. „Odpovídá pružnosti přirozeného svalnatého trupu.“
Vědci poté provedli několik simulací, aby zjistili, jak by se kosočtverec pravděpodobně pohyboval pod vodou. Zjistili, že delší trup vede k lepšímu pohybu. Podle studie to bylo v souladu s fosilními důkazy naznačujícími vývoj delších nohou v pohrudnici v průběhu času.
Po prostudování simulací vědci robota umístili do akvária o rozměrech 42 x 42 palců s povrchem dna podobným mořskému dnu. Provedli několik testů, z nichž každý trval dvě minuty, aby prozkoumali pohyb robota. „Ukázali jsme, že široká, rozmáchlá chůze může být pro tyto ostnokožce nejúčinnější a že zvětšující se délka kmene může mít za následek výrazné zvýšení rychlosti s minimálními dodatečnými náklady na energii.“ Pozn V jejich studiích.
Studium vyhynulých zvířat
Vytváření přesných kopií starověkých vyhynulých tvorů pomocí paleontologie zní zajímavě, ale co nám mohou roboti říci, co fosilní záznamy ne? Když jsme tuto otázku položili Majidimu, vysvětlil, že tím, že se zaměříme pouze na roboty inspirované existujícími druhy, mohou vědci přijít o skvělou příležitost naučit se biologické a evoluční principy, které řídí životy mnoha dalších forem života.
Například podle jednoho odhadu zahrnuje novodobé organismy Pouze 1 procento Ze všech forem života, které kdy na Zemi existovaly. „Můžeme se začít učit od 99 procent druhů, které se kdysi pohybovaly po Zemi, místo pouhého 1 procenta. Existuje mnoho tvorů, kteří byli úspěšní po miliony let a vymřeli kvůli drastickým změnám v jejich prostředí,“ řekl Majidi. Ars Technica.
Měkké robotické repliky takových tvorů poskytují paleontologům mocný nástroj k vytváření experimentálních testovacích platforem pro zkoumání hypotéz o tom, jak se tyto prastaré formy života pohybovaly a vyvíjely.
Současná studie úspěšně ukazuje, že měkké roboty lze použít k „oživení“ vyhynulých organismů a ke studiu jejich pohybu a biomechaniky. „To se v komunitě měkkých robotů dosud nedělalo a doufáme, že to bude inspirovat další výzkum v této oblasti,“ dodal Desatnick.
PNAS, 2023. DOI: 10.1073/pnas.2306580120 (O digitálních ID)
Rupendra Brahambhatt je zkušená novinářka a filmařka. Zabývá se vědeckými a kulturními zprávami a posledních pět let aktivně spolupracuje s některými z nejinovativnějších zpravodajských agentur, časopisů a mediálních značek působících v různých částech světa.
„Hudební učenec. Spisovatel. Zlý slanina evangelista. Hrdý twitter narkoman. Myslitel. Milovník internetu. Jemně okouzlující hráč.“
