Až doteraz, keď vedci a inžinieri vyvíjali mäkké roboty inšpirované živými organizmami, zameriavali sa na živé, moderné príklady. Napríklad sme predtým informovali o aplikáciách mäkkej robotiky, ktorá napodobňuje chobotnice, kobylky a gepardy. Po prvýkrát však tím výskumníkov spojil princípy mäkkej robotiky a paleontológie, aby vytvoril mäkkú robotickú verziu pleurocystitídy, starovekého morského tvora, ktorý existoval pred 450 miliónmi rokov.

Pleurocystidy sú príbuzné moderným ostnokožcom, ako sú hviezdice a krehké hviezdy. Organizmus má veľký význam v evolúcii, pretože sa verí, že je to tak Prvé ostnokožce Dokázal sa pohybovať: na pohyb na morskom dne používal svalnatý trup. Ale kvôli nedostatku fosílnych dôkazov vedci… Nerozumel jasne Ako organizmus využíval kmeň na pohyb pod vodou? „Aj keď sú jeho životné návyky a držanie tela pomerne dobre pochopené, mechanizmy, ktoré riadia pohyb jeho trupu, sú veľmi kontroverzné,“ uviedli autori predtým publikovanej štúdie zameranej na kmeň ostnokožcov. Pozn.

Novo vyvinutá replika mäkkého robota (tiež nazývaná „kosočtverec“) ostnatokožca umožnila výskumníkom rozlúštiť pohyb organizmu a rôzne ďalšie záhady spojené s evolúciou ostnokožcov. Vo svojej štúdii tiež tvrdia, že replika bude slúžiť ako základ pre paleontológiu, relatívne nový odbor, ktorý využíva mäkkú robotiku a fosílne dôkazy na skúmanie biomechanických rozdielov medzi formami života.

Vyrobte si repliku mäkkého robota

Existuje mnoho dôvodov, prečo sa vedci nepokúšajú vyrobiť mäkkú robotickú verziu niečoho tak vyhynutého a starého ako zápal pohrudnice. Je ťažké pochopiť, ako sa organizmus pohybuje, pretože neexistuje žiadny moderný náprotivok. Navyše, fosílne dôkazy poskytujú len obmedzené informácie o tom, ako sa organizmus pohyboval. Napríklad, zatiaľ čo niektorí vedci naznačujú, že baktérie pleurocystis plávajú, Iní sa hádajú Vykazovali veslovanie alebo sínusové pohyby.

Na prekonanie týchto problémov výskumníci spolupracovali s paleontológmi, ktorí sa špecializujú na ostnatokožce. Zozbierali fosílne obrázky, CT skeny a všetky ďalšie dôkazy, ktoré mohli nájsť, a potom tieto údaje použili na navrhnutie tela a stonky pleurálneho vaku. Potom použili tvarovanie elastoméru a 3D tlač na vytvorenie rôznych častí robota na základe návrhu.

Keď sa pokúsili prinútiť robota pohybovať sa pomocou trupu (ako skutočná končatina), čelili ďalšej výzve. „Mäkký pohon používa nitinolový drôt, čo je zliatina s tvarovou pamäťou (SMA), ktorá často vyhorí a natrvalo sa natiahne. To si vyžaduje vyrobiť niekoľko stoniek (vyrobilo sa ich asi 100) a vymeniť ich, keď sa pokazia.

Bolo tiež ťažké replikovať mäkké, svalnaté torzo baktérií pleurisy, pretože výskumníci nedokázali použiť konvenčné ovládače, ktoré sú príliš objemné a tuhé. „Namiesto toho sme potrebovali použiť špeciálny 'umelý sval' drôt pozostávajúci zo zliatiny niklu a titánu, ktorý sa sťahuje v reakcii na elektrickú stimuláciu. To nám umožnilo vytvoriť motor podobný trupu,“ dodal Carmel Majidi, hlavný autor štúdie. a profesor strojného inžinierstva na Carnegie Mellon University.„Vyrovnáva flexibilitu prirodzeného svalnatého trupu.“

Vedci potom vykonali niekoľko simulácií, aby zistili, ako sa kosoštvorec pravdepodobne pohybuje pod vodou. Zistili, že dlhší trup vedie k lepšiemu pohybu. Podľa štúdie to bolo v súlade s fosílnymi dôkazmi naznačujúcimi vývoj dlhších nôh v pohrudnici v priebehu času.

Po preštudovaní simulácií vedci umiestnili robota do akvária s rozmermi 42 x 42 palcov so spodným povrchom podobným morskému dnu. Vykonali viacero testov, z ktorých každý trval dve minúty, aby preskúmali pohyb robota. „Preukázali sme, že široká, zametaná chôdza môže byť pre tieto ostnokožce najefektívnejšia a že zväčšujúca sa dĺžka kmeňa môže viesť k výraznému zvýšeniu rýchlosti s minimálnymi dodatočnými nákladmi na energiu.“ Pozn Vo svojich štúdiách.

Štúdium vyhynutých zvierat

Vytváranie presných kópií starovekých vyhynutých tvorov pomocou paleontológie znie zaujímavo, ale čo nám môžu roboty povedať, čo fosílne záznamy nie? Keď sme túto otázku položili Majidimu, vysvetlil, že ak sa zameriame iba na roboty inšpirované existujúcimi druhmi, vedci môžu prísť o skvelú príležitosť naučiť sa biologické a evolučné princípy, ktoré riadia životy mnohých iných foriem života.

Napríklad podľa jedného odhadu zahŕňa novodobé organizmy Len 1 percento Zo všetkých foriem života, ktoré kedy na Zemi existovali. „Môžeme sa začať učiť od 99 percent druhov, ktoré sa kedysi pohybovali po Zemi, namiesto iba 1 percenta. Existuje veľa tvorov, ktoré boli úspešné milióny rokov a ktoré vyhynuli kvôli drastickým zmenám v ich prostredí,“ povedal Majidi. Ars Technica.

Mäkké robotické repliky takýchto tvorov poskytujú paleontológom mocný nástroj na vytváranie experimentálnych testovacích platforiem na skúmanie hypotéz o tom, ako sa tieto staroveké formy života pohybovali a vyvíjali.

Súčasná štúdia úspešne ukazuje, že mäkké roboty možno použiť na „oživenie“ vyhynutých organizmov a štúdium ich pohybu a biomechaniky. „V komunite mäkkej robotiky sa to doteraz nerobilo a dúfame, že to bude inšpirovať k ďalšiemu výskumu v tejto oblasti,“ dodal Desatnick.

PNAS, 2023. DOI: 10.1073/pnas.2306580120 (O digitálnych identifikátoroch)

Rupendra Brahambhatt je skúsená novinárka a filmová režisérka. Zaoberá sa správami o vede a kultúre a posledných päť rokov aktívne spolupracuje s niektorými z najinovatívnejších spravodajských agentúr, časopisov a mediálnych značiek pôsobiacich v rôznych častiach sveta.