Οι ικανότητες των γκεκό να κάνουνクラς-λάντινγκ θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στη ρομποτική

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Μπέρκλεϊ και στο Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ για τα Ευφυή Συστήματα στο Στουτγκάρδη, Γερμανία, έχουν δείξει πώς οι γέκοι χρησιμοποιούν την ουρά τους για να χειριστούν τον εαυτό τους στον αέρα. Αυτή η ικανότητα τους επιτρέπει να διορθώσουν τον εαυτό τους όταν πέφτουν μετά την απώλεια της λαβής τους και μπορεί επίσης να τους βοηθήσει να προωθηθούν στην επιφάνεια μιας λίμνης.

Τα ευρήματα θα δημοσιευτούν αυτή την εβδομάδα στο περιοδικό Nature Communications Biology.

Αυτές οι τεχνικές είναι πολύ χρήσιμες στη ρομποτική και ήδη εφαρμόζονται σε ρομπότ που μοιάζουν με γέκοι.

Εξαιρετικά Ευρήματα για τους Γέκοι

Ο Ρόμπερτ Φουλ είναι καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Μπέρκλεϊ, και ο Άντρια Γιούσουφι είναι μέλος της σχολής του Ινστιτούτου Μαξ Πλανκ για τα Ευφυή Συστήματα και πρώην διδάκτωρ του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, Μπέρκλεϊ. Οι δύο έκαναν μια σημαντική και αναπάντεχη νέα ανακάλυψη ότι οι γέκοι χρησιμοποιούν επίσης την ουρά τους για να βοηθήσουν στην ανάκτηση όταν κάνουν ένα σερί σε ένα δέντρο.

Τα σερί με το κεφάλι είναι αρκετά συχνά μεταξύ των γκεκόι, και ο Γιούσουφι τα έγραψε με υψηλής ταχύτητας βίντεο κάμερες.

“Η παρατήρηση των γκεκόι από υψόμετρο στο δάσος της βροχής ήταν ανοικτόπρωτη. Πριν από την απογείωση, θα κουνούσαν το κεφάλι τους πάνω-κάτω και από πλευρά σε πλευρά για να δουν το στόχο της προσγείωσης πριν από το άλμα, σαν να υπολογίζουν την απόσταση ταξίδευσης,” είπε ο Γιούσουφι.

Τα βίντεο δείχνουν ότι ο γέκοι, σε αυτή την περίπτωση ο κοινός Ασιατικός γέκοι με επίπεδη ουρά, πιάνουν το κορμό με τα νυχοπεταμένα και paddled πόδια όταν συγκρούονται με το δέντρο. Αυτό βοηθά το κεφάλι και τους ώμους να αναπηδήσουν, και ο γέκοι έχει τη δύναμη να πιέσει την ουρά του εναντίον του κορμού, το οποίο το εμποδίζει να πέσει προς τα πίσω.

“Μακριά από το να σταματήσουν, κάποια από αυτά τα ερπετά εξακολουθούν να επιταχύνουν κατά την πρόσκρουση,” είπε ο Γιούσουφι. “Κάνουν σερί με το κεφάλι, πιάνουν πίσω με το κεφάλι πάνω-κάτω σε एक ακραίο γωνία από την κατακόρυφο — μοιάζουν με einen βιβλιοθήκην που απομακρύνεται από το δέντρο — στερεωμένοι μόνο από τα πίσω πόδια και την ουρά τους, καθώς διασκορπίζουν την ενέργεια της πρόσκρουσης. Με την αντίδραση της πτώσης να συμβαίνει τόσο γρήγορα, μόνο η βραδεία κίνηση βίντεο θα μπορούσε να αποκαλύψει τον υποκείμενο μηχανισμό.”

Σύμφωνα με τους ερευνητές, άλλα μικρά και ελαφριά ερπετά που πηδούν, όπως οι σαύρες, μπορεί επίσης να χρησιμοποιούν αυτές τις τεχνικές.

“Μπορεί να έχουν μεγαλύτερες πτήσεις που είναι περισσότερο ισορροπημένες πτήσεις, και να προσγειώνονται διαφορετικά, αλλά, για παράδειγμα, αν προσπαθούν να ξεφύγουν, επιλέγουν να κάνουν αυτό το είδος συμπεριφοράς, εν μέρει επειδή το μέγεθος έχει σημασία,” είπε ο Φουλ. “Όταν είσαι τόσο μικρός, έχεις επιλογές που δεν είναι λύσεις για μεγαλύτερα πράγματα. Έτσι, αυτή είναι μια λύση που μεσολαβείται από το σώμα, που δεν την έχεις αν είσαι μεγαλύτερος.”

Δομές παρόμοιες με την ουρά του γκεκόι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να βοηθήσουν στη σταθεροποίηση των ιπτάμενων ρομπότ, όπως τα drones, βοηθώντας τους να προσγειωθούν σε κατακόρυφες επιφάνειες.

Οι ερευνητές είναι οι πρώτοι που έχουν τεκμηριώσει, μαθηματικά μοντελοποιήσει και αναπαράγει αυτή τη συμπεριφορά σε ένα μαλακό ρομπότ.

“Οι εξαπατήσεις είναι δομές που έχουν αναληφθεί για πολλές συμπεριφορές, ανεξάρτητα από το τι έχει εξελιχθεί αρχικά, και εδώ είναι μια που δεν θα περιμένατε,” είπε ο Φουλ. “Μπορείτε να δείτε πώς αυτή η απίστευτη ικανότητα να είναι ανθεκτικός μπορεί να επιτρέψει αυτές τις εξαπατήσεις.”

“Μέχρι πρόσφατα, οι ουρές δεν είχαν λάβει τόσο μεγάλη προσοχή όσο τα πόδια ή τα φτερά, αλλά τώρα οι άνθρωποι συνειδητοποιούν ότι πρέπει να σκεφτόμαστε αυτά τα ζώα ως πενταπόδη — με πέντε πόδια,” είπε ο Γιούσουφι.

Σύμφωνα με τον Φουλ, οι μηχανικοί ρομποτικής προσθέτουν ολοένα και περισσότερες λειτουργίες στα ρομπότ, και μαθαίνουν ότι μπορούν να εισαγάγουν ένα νέο μέρος για κάθε ικανότητα.

“Όταν εξελίσσουμε τα ρομπότ και τα φυσικά συστήματα μας, οι μηχανικοί θέλουν να κάνουν περισσότερα πράγματα. Και τι να κάνετε; Σε κάποιο σημείο, δεν μπορείτε να βελτιστοποιήσετε ένα ρομπότ για τα πάντα,” είπε. “Πρέπει να χρησιμοποιήσετε πράγματα για άλλες συμπεριφορές, ώστε να πάρει αυτές τις συμπεριφορές.”

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

Κατασκευή του Ρομπότ

Οι ερευνητές κατασκεύασαν ένα ρομπότ με ουρά μετά την δημιουργία των μερών του με το Carbon M2, một 3D εκτυπωτή υψηλής τεχνολογίας που σχεδιάστηκε ειδικά για μαλακές δομές. Τα πόδια ήταν εξοπλισμένα με Velcro, ώστε να μπορούν να κολλήσουν μετά την επαφή, και η ουρά είχε einen μηχανισμό που θα την έπαιρνε προς τα κάτω όταν τα μπροστινά πόδια χτύπησαν μια επιφάνεια και γλίστρησαν.

Το ρομπότ με την ουρά έδειξε παρόμοια επιτυχία όταν έκανε σκληρές προσγειώσεις. στη φύση, οι γέκοι με ουρά προσγειώνονται επιτυχώς σε κατακόρυφες επιφάνειες χωρίς να πέφτουν 87% του χρόνου. Τα ρομπότ χωρίς ουρά έχουν δείξει την ικανότητα να προσγειωθούν επιτυχώς 15% του χρόνου στις δοκιμές, αλλά το νέο ρομπότ με την ουρά μπόρεσε να προσγειωθεί 55% του χρόνου στις δοκιμές.

Οι ερευνητές επίσης βρήκαν ότι τα ρομπότ με ουρά μήκους μισού από το μήκος του κεφαλιού και του σώματος ήταν σχεδόν τόσο επιτυχημένα όσο και τα μεγαλύτερα που ήταν το μήκος του σώματος. También βρήκαν ότι τα ρομπότ με κοντές ουρές χρειάζονταν διπλάσια δύναμη ποδιού για να παραμείνουν προσκολλημένα στο δέντρο.

Η ομάδα θα συνεχίσει να μελετά τους γέκοι και να ψάχνει για νέες αρχές για να εφαρμόσει στα ρομπότ, ιδιαίτερα στα μαλακά ρομπότ σε κατακόρυφες επιφάνειες.

“Η εξέλιξη δεν είναι για την βελτιστοποίηση και την τελειότητα, αλλά για την επάρκεια. Η λύση που είναι αρκετά καλή για να δουλέψει πραγματικά παίζει σε αυτό που σας δίνει ένα εύρος ικανοτήτων, ώστε να είστε πολύ πιο ανθεκτικοί σε απαιτητικά περιβάλλοντα,” είπε ο Φουλ. “Η εξέλιξη μοιάζει περισσότερο με έναν τεχνίτη που δεν ξέρει ποτέ τι θα παράγει και χρησιμοποιεί όλα όσα έχει στη διάθεσή του για να κάνει κάτι που δουλεύει.”

“Τα μικρά δασικά ζώα χωρίς φανερές μορφολογικές προσαρμογές για πτήση βρίσκονται ολοένα και περισσότερο να επιδείκνυαν αξιοπρεπή ικανότητα για εναέριο χειρισμό. Μαλακά ρομποτικά φυσικά μοντέλα μπορούν να βοηθήσουν στην αποκρυπτογράφηση του ελέγχου των μηχανικά μεσολαβούμενων λύσεων για την προσγείωση,” είπε ο Γιούσουφι.