Geckojen Päätyökäsittelykyky Voisi Olla Käytössä Robotiikassa

Kalifornian yliopiston Berkeleyn ja Saksan Stuttgartin Max Planck -instituutin tutkijat ovat osoittaneet, miten geckot käyttävät häntiään ilmassa manööveröintiin. Tämä kyky mahdollistaa heidän oikaisemisen, kun he putoavat menettäessään otteensa, ja se voi myös auttaa heitä liikkumaan pinnan yläpuolella.

Tutkimuksen tulokset julkaistaan tällä viikolla Nature -julkaisussa Communications Biology.

Nämä tekniikat ovat erittäin hyödyllisiä robotiikassa, ja niitä on jo käytetty geckomaisissa roboteissa.

Yllättävät havainnot geckoista

Robert Full on Kalifornian yliopiston Berkeleyn professori, ja Adria Jusufi on Max Planck -tutkimuskeskuksen jäsen ja entinen Berkeleyn tohtorikoulutettava. He tekivät tärkeän ja yllättävän uuden havainnon, jonka mukaan geckot käyttävät myös häntiään, kun he osuvat pää edellä puuhun.

Pää edellä tapahtuvat törmäykset ovat melko yleisiä geckoilla, ja Jusufi on dokumentoinut tämän ilmiön korkean nopeuden kameroiden avulla.

“Geckojen tarkkailu korkeudesta sademetsän kanopissa oli silmä Avaava. Ennen lähtöä he liikuttivat päätään ylös-alas ja sivusuunnassa, jotta he voivat arvioida laskeutumismatkan ennen hyppäämistä, ikään kuin he olisivat arvioimassa etäisyyttä”, Jusufi sanoi.

Videot osoittavat, että gecko, tässä tapauksessa yleinen aasialainen litteä häntäinen gecko, tarttuu puun runkoon käpälillään, kun se osuu pää edellä puuhun. Tämä auttaa sen päätä ja hartioita heilahtamaan, ja geckolla on tarpeen painaa häntäänsä puun runkoa vasten, jotta se ei kaatuisi taaksepäin.

“Kaukana pysähtymisestä, jotkut näistä liskoista ovat edelleen kiihdyttäessä törmäyksen aikana”, Jusufi sanoi. “He törmäilevät pää edellä, kaatuvat takaperin äärimmäisessä kulmassa pystysuoraa akselia vasten – he näyttävät kirjanpidikolta, joka työntyy puusta – kiinnittyneinä vain takajalkoihin ja häntään, kun ne hajoittavat törmäysenergian. Kun putoamisen esto tapahtuu niin nopeasti, vain hidastettu video voi paljastaa perustavan mekanismin.”

Tutkijoiden mukaan muutkin pienet ja kevyet hyppivät eläimet, kuten liskot, voivat käyttää näitä tekniikoita.

“Heillä voi olla pidemmät liukumiset, jotka ovat enemmän tasapainoliukumisia, ja he laskeutuvat toisin, mutta esimerkiksi, jos he yrittävät paeta, he valitsevat tämänkaltaisen käyttäytymisen osittain, koska koko on merkitystä”, Full sanoi. “Kun olet niin pieni, sinulla on vaihtoehtoja, joita ei ole suurilla asioilla. Joten tämä on jonkinlainen kehon välittämä ratkaisu, jota et voi saada, jos olet suurempi.”

Geckojen hännän kaltaiset rakenteet voivat auttaa lentäviä roboteja, kuten droni, laskeutumaan pystysuorille pinnoille.

Tutkijat ovat ensimmäiset, jotka ovat dokumentoineet, matemaattisesti mallineet ja jäljitelneet tämän käyttäytymisen pehmeässä robotissa.

“Eksoptimaatiot ovat rakenteita, jotka on otettu käyttöön monissa käyttäytymisissä, riippumatta siitä, mihin tarkoitukseen ne alun perin kehittyivät, ja tässä on yksi, jota et odottaisi”, Full sanoi. “Voit nähdä, miten tämä uskomaton kyky olla luja voi sallia nämä eksoptimaatiot.”

“Viime aikoihin asti häntiä ei ollut saanut niin paljon huomiota kuin jalkoja tai siipiä, mutta ihmiset ovat nyt tajunneet, että meidän pitäisi ajatella näitä eläimiä viisijalkaisina”, Jusufi sanoi.

Fullin mukaan robotti-insinöörit ovat lisäämässä jatkuvasti uusia toimintoja roboteihin, ja he ovat oppineet, että he voivat esitellä uuden osan jokaiselle kyvylle.

“Kun kehitämme roboteja ja fyysisiä järjestelmiä, insinöörit haluavat tehdä yhä enemmän asioita. Ja arvaa mitä? Jossain vaiheessa et voi optimoida robottia kaikkeen”, hän sanoi. “Sinun on käytettävä asioita muiden käyttäytymisen mukaisesti, jotta saat ne käyttäytymiset.”

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

Robotin rakentaminen

Tutkijat rakensivat häntäisen robotin sen jälkeen, kun he olivat luoneet sen osat Carbon M2: n avulla, joka on huipputekninen 3D-tulostin, joka on suunniteltu pehmeiden rakenteiden tulostamiseen. Jalat oli varustettu Velcro: llä, jotta se voisi tarttua kosketukseen, ja hännässä oli mekanismi, joka painaisi sen alaspäin, kun etujalat osuivat pintaan ja liukuvat.

Häntäinen robotti osoitti samanlaisen menestyksen tehdessään kovia laskeutumisia. Luonnossa geckot, joilla on häntä, laskeutuvat pystysuorille pinnoille ilman putoamista 87 %:ssa tapauksista. Häntättömät robotit ovat osoittaneet kyvyn laskeutua onnistuneesti 15 %:ssa kokeissa, mutta uusi häntäinen robotti pystyi laskeutumaan 55 %:ssa kokeissa.

Tutkijat totesivat myös, että robotit, joilla on hännät, jotka ovat puolen pituiset verrattuna pään ja ruumiin yhteispituuteen, olivat lähes yhtä onnistuneita kuin pidemmät, jotka olivat snout-vent -pituuden mukaisia. He myös totesivat, että lyhythäntäiset robotit vaativat kaksi kertaa enemmän jalkavoimaa pysyäkseen kiinni puussa.

Tutkijaryhmä jatkaa geckojen tutkimista ja etsii uusia periaatteita sovellettaviksi roboteihin, erityisesti pehmeisiin roboteihin pystysuorilla pinnoilla.

“Evoluutio ei ole optimaalista ja täydellistä, vaan se on riittävää. Riittävän hyvä ratkaisu antaa sinulle monia kykyjä, jotta olet paljon kestävämpi haasteellisissa ympäristöissä”, Full sanoi. “Evoluutio näyttää enemmän taiturilta, joka ei tiedä, mitä se tuottaa, ja käyttää kaikkea, mitä on käytettävissä, jotta se tekee jotain, mikä on toimiva.”

“Pienet puissa elävät eläimet, joilla ei ole ilmeisiä morfologisia sopeutumia lentämiseen, osoittavat yhä useammin yllättävän kyvyn ilmassa manööveröintiin. Pehmeiden robotien fyysiset mallit voivat auttaa selvittämään tällaisten mekaanisesti välittyvien ratkaisujen ohjausta laskeutumisessa”, Jusufi sanoi.