قدرات هبوط الجيكو يمكن أن تستخدم في الروبوتات

أثبت الباحثون في جامعة كاليفورنيا، بيركلي ومعهد ماكس بلانك للنظم الذكية في شتوتغارت، ألمانيا كيف يستخدم الجيكو ذيله لتحريك نفسه في الهواء. تسمح هذه القدرة لهم بالتصحيح عندما يسقطون بعد فقدان قبضتهم، كما يمكن أن تساعدهم على الدفع عبر سطح البرك.

سيتم نشر هذه النتائج هذا الأسبوع في مجلة نيتشر في مجلة كوميونيكيشنز بيولوجي.

تعد هذه التقنيات مفيدة للغاية في الروبوتات، وهي 이미 يتم تنفيذها في روبوتات تشبه الجيكو.

اكتشافات مذهلة عن الجيكو

روبرت فول هو أستاذ علم الأحياء التكاملي في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، وأدريا جوسوفي هو عضو هيئة تدريس في مدرسة ماكس بلانك للأبحاث للنظم الذكية والطالب الدكتوراه السابق في جامعة كاليفورنيا، بيركلي. قام الاثنان باكتشاف جديد ومهم ومفاجئ أن الجيكو يستخدم أيضًا ذيله للمساعدة في التعافي عندما يأخذ رأسًا في شجرة.

تحطمات الرأس شائعة بين الجيكو، ووثق جوسوفي ذلك بكاميرات فيديو عالية السرعة.

“مراقبة الجيكو من الارتفاع في غابة المطر كانت ملهمة. قبل الإقلاع، كانوا يتحركون برؤوسهم لأعلى ولأسفل، وجانبًا إلى جانب لمشاهدة هدف الهبوط قبل القفز، كما لو كانوا يحسبون مسافة السفر،” قال جوسوفي.

تظهر مقاطع الفيديو أن الجيكو، في هذه الحالة الجيكو المسطح ذو الذيل الآسيوي، يلتقط الجذع بسبابته وطرفيه المختبئين والمحاطين عندما يصطدم رأسًا بالشجرة. هذا يساعده على استعادة رأسه وكتفيه، والجيكو لديه زخم لضغط ذيله على الجذع، مما يمنعه من السقوط إلى الخلف.

“بعيدًا عن التوقف، بعض هذه السحالي لا تزال تتسارع عند الاصطدام،” قال جوسوفي. “هم يتحطمون رأسًا، ويتمايلون إلى الخلف رأسًا على عقب بزاوية شديدة من الرأس – يبدون كمنضدة كتب متجهة بعيدًا عن الشجرة – مثبتة فقط بآرجل الخلفية وذيلهم أثناء تفريغ طاقة الاصطدام. مع حدوث رد الفعل لوقف السقوط بسرعة كبيرة، فقط الفيديو البطيء يمكن أن يكشف عن الآلية الكامنة.”

وفقًا للعلماء، قد تستخدم الحيوانات القافزة الصغيرة والخفيفة الأخرى مثل السحالي هذه التقنيات أيضًا.

“قد يكون لديهم طيران أطول أكثر من التوازن، ويهبطون بشكل مختلف، ولكن، على سبيل المثال، إذا كانوا يحاولون الهروب، فإنهم يختارون القيام بهذا النوع من السلوك، جزئيًا لأن الحجم يهم،” قال فول. “عندما تكون صغيرًا إلى هذا الحد، لديك خيارات لا تكون حلولًا للأشياء الكبيرة. لذلك، هذا هو نوع من الحل المتوسط الذي لا تملكه إذا كنت أكبر.”

يمكن استخدام هياكل مشابهة لذيل الجيكو لمساعدة روبوتات الطيران مثل الطائرات بدون طيار على الهبوط على السطوح الرأسية.

الباحثون هم أول من وثق هذا السلوك ونمذجته رياضيًا وأعادوه في روبوت ناعم.

“الاستخدامات هي هياكل تم استيعابها لتصرفات كثيرة، بغض النظر عما تم تطوير هذه الهياكل في الأصل، وهنا واحدة لا توقعها،” قال فول. “يمكنك رؤية كيف يمكن أن يسمح لك هذا القدر الرائع من المتانة بتمكين هذه الاستخدامات.”

“حتى وقت قريب، لم تلق الذيول نفس القدر من الاهتمام مثل الأرجل أو الأجنحة، ولكن الناس يدركون الآن أننا يجب أن نفكر في هذه الحيوانات على أنها خماسية الأرجل، بطريقة ما – خماسية الأرجل،” قال جوسوفي.

وفقًا لفول، مهندسو الروبوتات يضيفون وظائف متزايدة إلى الروبوتات، وهم يتعلمون أنهم يمكن أن يضيفوا جزءًا جديدًا لكل قدرة.

“كما نطور روبوتاتنا والأنظمة المادية، يريد المهندسون القيام بأشياء أكثر. والغريب في الأمر أنك لا تستطيع تحسين الروبوت لجميع الأشياء،” قال. “يجب عليك استخدام أشياء لتصرفات أخرى من أجل الحصول على هذه التصرفات.”

https://www.youtube.com/watch?v=LXRAWypJBPI&t=3s

بناء الروبوت

قام الباحثون ببناء روبوت ذو ذيل بعد إنشاء أجزائه باستخدام Carbon M2، وهي طابعة ثلاثية الأبعاد متقدمة مصممة خصيصًا للstructures الناعمة. تم تزويد الأقدام بفيلكرو حتى يمكنها الالتصاق عند الاتصال، وتمتلك الذيل آلية ستضغط لأسفل عند لمس الساقين الأمامية لسطح وتنزلق.

أظهر الروبوت ذو الذيل نجاحًا مشابهًا عند الهبوط الصعب. في الطبيعة، يهبط الجيكو ذو الذيل بنجاح على السطوح الرأسية دون سقوط 87٪ من الوقت. أظهر الروبوت بدون ذيل قدرة على الهبوط بنجاح 15٪ من الوقت في التجارب، ولكن الروبوت الجديد ذو الذيل كان قادرًا على الهبوط بنجاح 55٪ من الوقت في التجارب.

كما وجد الباحثون أن الروبوتات ذات الذيول التي يبلغ طولها نصف طول الرأس والجسم معًا كانت تقريبًا بنفس نجاح تلك الأطول التي يبلغ طولها من الرأس إلى الذيل. كما وجدوا أن الروبوتات ذات الذيول القصيرة تتطلب ضعف قوة القدم للبقاء مثبتة على الشجرة.

سيستمر الفريق في دراسة الجيكو وستبحث عن مبادئ جديدة لتطبيقها على الروبوتات، خاصة الروبوتات الناعمة على السطوح الرأسية.

“التطور ليس عن الكفاءة والكمال، بل هو عن الكفاية. الحل الجيد جدًا يلعب دورًا في منحك مجموعة من القدرات بحيث تكون أكثر متانة في البيئات الصعبة،” قال فول. “يبدو التطور giống تinkerer لا يعرف أبدًا ما سينتجه ويستخدم كل ما لديه لصنع شيء قابل للعمل.”

“الحيوانات الشجرية الصغيرة بدون تعديلات مورفولوجية واضحة للطيران تظهر بشكل متزايد قدرة مذهلة على المناورة في الهواء. يمكن أن تساعد النماذج الفيزيائية الروبوتية الناعمة في فك شفرة التحكم في هذه الحلول الميكانيكية للمناورة،” قال جوسوفي.