რობოტები
ულტრა ძლიერი რობოტი მიბაძავს მანტის კრევეტების მოძრაობას
რობოტიკოსების, ინჟინრებისა და ბიოლოგების ინტერდისციპლინურმა ჯგუფმა ჰარვარდის უნივერსიტეტის ჯონ ა. პაულსონის ინჟინერიისა და გამოყენებითი მეცნიერებების სკოლაში შეიმუშავა ახალი რობოტი, რომელსაც შეუძლია მიბაძოს მანტის კრევეტების დარტყმას. ამ არსებებს აქვთ ყველაზე ძლიერი დარტყმა მათ შორის, მათი კლუბის მსგავსი დანამატების წყალობით, რომლებიც აჩქარებენ უფრო სწრაფად, ვიდრე ტყვია იარაღიდან. ბიოლოგები დიდი ხანია ცდილობდნენ გაერკვნენ, თუ როგორ აწარმოებს მანტის კრევეტები ამ ულტრა სწრაფ მოძრაობებს, მაგრამ ახალი მაღალსიჩქარიანი გამოსახულების მიღწევები ახალ შუქს ფენს.
კვლევა გამოქვეყნდა ქ შრომები მეცნიერებათა ეროვნული აკადემიის.
რობერტ ვუდი არის ჰარი ლუისისა და მერილნ მაკგრატის ინჟინერიისა და გამოყენებითი მეცნიერებების პროფესორი ჰარვარდის ჯონ ა. პაულსონის ინჟინერიისა და გამოყენებითი მეცნიერებების სკოლაში ჰარვარდის ჯონ ა. პოლსონის ინჟინერიისა და გამოყენებითი მეცნიერებების სკოლაში (SEAS). ის ასევე არის ნაშრომის უფროსი ავტორი.
„ჩვენ მოხიბლული ვართ იმდენი გასაოცარი ქცევით, რასაც ბუნებაში ვხედავთ, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ეს ქცევები ხვდება ან აღემატება იმას, რაც შეიძლება მიღწეული იყოს ადამიანის მიერ შექმნილი მოწყობილობებით“, - თქვა ვუდმა. ”მაგალითად, მანტის კრევეტების დარტყმის სიჩქარე და ძალა რთული ძირითადი მექანიზმის შედეგია. მანტის კრევეტების დამრტყმელი დანამატის რობოტული მოდელის აგებით, ჩვენ შეგვიძლია ამ მექანიზმების უპრეცედენტო დეტალურად შესწავლა.
ჩამკეტი მექანიზმები მცირე ორგანიზმებს შორის
პატარა ორგანიზმები, როგორიცაა ბაყაყები და ქამელეონები, ეყრდნობიან ჩამკეტის მექანიზმის გათავისუფლებას ულტრა სწრაფი მოძრაობების წარმოებისთვის. ისინი ინახავენ ელასტიურ ენერგიას და სწრაფად ათავისუფლებენ მას ამ ჩამკეტი მექანიზმით. მანტის კრევეტების კონკრეტულ შემთხვევაში, კუნთების მყესებში ჩადგმულია ორი პატარა სტრუქტურა, რომელსაც ეწოდება სკლერიტები და ისინი ასრულებენ დანამატის სამაგრს.
ერთ-ერთი შესამჩნევი განსხვავება მანტის კრევეტებსა და სხვა მსგავს ორგანიზმებს შორის არის ის, რომ პირველს აქვს შეფერხება, როდესაც სკლერიტები იხსნება mantis shrimp-ის დანამატში.
Nak-seung Hyun არის SEAS-ის პოსტდოქტორანტი და ნაშრომის პირველი ავტორი.
„როდესაც უყურებთ დარტყმის პროცესს ულტრამაღალსიჩქარიან კამერაზე, არის დროის შეფერხება სკლერიტების გათავისუფლებასა და დანამატის გაჩენას შორის“, - თქვა ჰიუნმა. „თითქოს თაგვმა თაგვის ხაფანგი გაუშვა, მაგრამ იმის მაგივრად, რომ ის მაშინვე გატყდა, შესამჩნევი შეფერხება იყო, სანამ ის გატყდა. აშკარად არის სხვა მექანიზმი, რომელიც ამაგრებს დანამატს, მაგრამ ვერავინ შეძლო ანალიტიკური გაგება, თუ როგორ მუშაობს სხვა მექანიზმი“.
ემა სტეინჰარდტი არის SEAS-ის კურსდამთავრებული და ნაშრომის პირველი ავტორი.
„ჩვენ ვიცით, რომ მანტის კრევეტებს არ აქვთ სპეციალური კუნთები სხვა კიბოსნაირებთან შედარებით, ამიტომ საკითხავია, თუ მათი კუნთები არ ქმნიან სწრაფ მოძრაობებს, მაშინ უნდა არსებობდეს მექანიკური მექანიზმი, რომელიც გამოიმუშავებს მაღალ აჩქარებებს“, - თქვა სტეინჰარდტმა.
როდესაც სკლერიტები იწყებენ ჩაკეტვას, ბიოლოგებს მიაჩნიათ, რომ დანამატის გეომეტრია მოქმედებს როგორც მეორადი საკეტი. ეს ხელს უწყობს მკლავის მოძრაობის კონტროლს, სანამ ის აგრძელებს ენერგიის შენახვას. თუმცა, ეს მხოლოდ შეუმოწმებელი თეორიაა.
კრევეტების მასშტაბის რობოტის შემუშავება
გუნდმა გადაწყვიტა ამ ჰიპოთეზის შესამოწმებლად სისტემის კავშირის მექანიკის შესწავლა ფიზიკური, რობოტული მოდელის აგებამდე. რობოტის შექმნის შემდეგ, ჯგუფმა შეიმუშავა მოძრაობის მათემატიკური მოდელი და დააფიქსირა მანტის დარტყმის ოთხი განსხვავებული ეტაპი. დაიწყეს ჩამკეტი სკლერიტებით და დაასრულეს დანამატის დარტყმით.
მკვლევარებმა დაადგინეს, რომ სკლერიტების განბლოკვის შემდეგ, მექანიზმის გეომეტრია იკავებს და აკავებს დანამატს მანამ, სანამ ის არ მიაღწევს ზედმეტ ცენტრს, სანამ არ გათავისუფლდება.
„ეს პროცესი აკონტროლებს შენახული ელასტიური ენერგიის გამოყოფას და რეალურად აძლიერებს სისტემის მექანიკურ გამომუშავებას“, - თქვა სტეინჰარდტმა. „გეომეტრიული ჩაკეტვის პროცესი ცხადყოფს, თუ როგორ გამოიმუშავებენ ორგანიზმები უკიდურესად მაღალ აჩქარებას ამ მოკლე ხანგრძლივობის მოძრაობებში, როგორიცაა დარტყმები“.
პროცესი მიბაძეს 1.5 გრამიან კრევეტების ზომის რობოტში. მიუხედავად იმისა, რომ მანტის კრევეტების დარტყმის სიჩქარეს ვერ მიაღწია, რობოტმა ჰაერში აჩვენა შთამბეჭდავი სიჩქარე 26 მეტრი წამში. აჩქარების ეს მაჩვენებელი ნიშნავს, რომ მოწყობილობა უფრო სწრაფია, ვიდრე ნებისმიერი მსგავსი იგივე მასშტაბით.
შელა პატეკი არის თანაავტორი და ბიოლოგიის პროფესორი დიუკის უნივერსიტეტში
”ეს კვლევა ასახავს იმას, თუ როგორ შეუძლია ინტერდისციპლინურმა თანამშრომლობამ აღმოაჩინოს აღმოჩენები მრავალი სფეროსთვის,” - თქვა პატეკმა. ”ფიზიკური მოდელის აგების და მათემატიკური მოდელის შემუშავების პროცესმა მიგვიყვანა ხელახლა გადაგვეხედა მანტის კრევეტების დარტყმის მექანიკის შესახებ ჩვენს ცოდნას და, უფრო ფართოდ, აღმოვაჩინეთ, თუ როგორ შეუძლიათ ორგანიზმებს და სინთეზურ სისტემებს გეომეტრიის გამოყენება ექსტრემალური ენერგიის ნაკადის გასაკონტროლებლად ულტრა სწრაფი, განმეორებითი დროს. - გამოყენება, მოძრაობები.
ფიზიკური და ანალიტიკური მოდელების შერწყმით, ბიოლოგები და რობოტიკოსები უფრო ღრმად გაიგებენ, თუ როგორ ასრულებენ გარკვეული ორგანიზმები არაჩვეულებრივ ამოცანებს.
კვლევის სხვა თანაავტორები არიან: Je-sung Koh, Gregory Freeburn, Michelle H. Rosen და Fatma Zeynep Temel.
