Gekonu avārijas nosēšanās spējas varētu tikt izmantotas robotikā

Pētnieki Kalifornijas Universitātē Bērklijā un Maksa Planka Inteliģento sistēmu institūtā Štutgartē, Vācijā, ir pierādījuši, kā gekoni izmanto savas astes, lai manevrētu gaisā. Šī spēja ļauj viņiem labot sevi, krītot pēc saķeres zaudēšanas, un tā var arī palīdzēt viņiem virzīties pa dīķa virsmu.

Rezultāti tiks publicēti šonedēļ daba žurnāls Bioloģijas komunikācijas.

Šīs metodes ir ļoti noderīgas robotikā, un tās jau tiek ieviestas gekoniem līdzīgos robotos.

Pārsteidzoši atklājumi par gekoniem

Roberts Fulls ir UC Berkeley integratīvās bioloģijas profesors, un Adria Jusufi ir Maksa Planka Inteliģento sistēmu pētniecības skolas mācībspēks un bijušais UC Berkeley doktorants. Abi atklāja svarīgu un pārsteidzošu jaunu atklājumu, ka gekoni arī izmanto savas astes, lai palīdzētu atgūties, kad viņi ievelk galvu kokā. 

Avārijas ar galvu priekšā ir diezgan izplatītas gekonu vidū, un Jusufi to dokumentēja ar ātrgaitas videokamerām.

“Vērot gekonus no augstuma lietusmeža lapotnē, bija acis atvērtas. Pirms pacelšanās viņi pārvietoja galvu uz augšu un uz leju, kā arī no vienas puses uz otru, lai pirms lēciena skatītu nosēšanās mērķi, it kā novērtētu ceļojuma attālumu, ”sacīja Jusufi.

Video ir redzams, ka gekons, šajā gadījumā parastais Āzijas plakanastes mājas gekons, satver stumbru ar nagiem un polsterētiem pirkstiem, frontāli saduroties ar koku. Tas palīdz tā galvai un pleciem atsisties, un gekonam ir svira, lai piespiestu asti pret stumbru, kas neļauj tam griezties atpakaļ.

"Dažas no šīm ķirzakām ir tālu no apstāšanās, bet pēc trieciena joprojām paātrinās," sacīja Jusufi. “Viņi ietriecas ar galvu pa priekšu, sasver galvu pāri papēžiem galējā leņķī no vertikāles — tie izskatās kā grāmatplaukts, kas turas prom no koka — noenkurojas tikai pie aizmugurējām kājām un astes, izkliedējot trieciena enerģiju. Tā kā kritiena aizturēšanas reflekss notiek tik ātri, tikai palēninātas kustības video var atklāt pamatā esošo mehānismu.

Pēc zinātnieku domām, šīs metodes varētu izmantot arī citi mazi un viegli lecīgi dzīvnieki, piemēram, ķirzakas.

"Viņiem var būt garākas slīdēšanas, kas ir vairāk līdzsvara slīdēšanas, un viņi piezemējas savādāk, bet, piemēram, ja viņi mēģina aizbēgt, viņi izvēlas rīkoties šādi, daļēji tāpēc, ka izmēram ir nozīme," sacīja Fulls. “Kad esat tik mazs, jums ir iespējas, kas nav risinājums lielām lietām. Tātad, šis ir sava veida ķermeņa mediēts risinājums, kas jums nav pieejams, ja esat lielāks.

Gekonu astēm līdzīgas struktūras varētu izmantot, lai palīdzētu stabilizēt lidojošus robotus, piemēram, dronus, palīdzot tiem nolaisties uz vertikālām virsmām.

Pētnieki ir pirmie, kas dokumentē, matemātiski modelē un atveido šo uzvedību mīkstā robotā. 

"Eksaptācijas ir struktūras, kas ir izvēlētas daudzām uzvedībām neatkarīgi no tā, kādai struktūrai sākotnēji tika izstrādāta, un šeit ir viena, ko jūs nevarētu gaidīt," sacīja Fuls. "Jūs varat redzēt, kā šī neticamā spēja būt izturīgam var pieļaut šīs eksaptācijas."

"Vēl nesen astēm nebija pievērsta tik liela uzmanība kā kājām vai spārniem, bet tagad cilvēki saprot, ka mums vajadzētu uzskatīt šos dzīvniekus par pieckājainiem, savā ziņā - pieckājainiem," sacīja Jusufi.

Pēc Full teiktā, robotu inženieri robotiem pievieno arvien vairāk funkciju un mācās, ka var ieviest jaunu daļu katrai iespējai. 

“Attīstot savus robotus un fiziskās sistēmas, visi inženieri vēlas darīt vairāk. Un uzmini ko? Kādā brīdī jūs nevarat optimizēt robotu visam, " viņš teica. "Jums ir jāizmanto lietas citai uzvedībai, lai iegūtu šo uzvedību."

Robota būvēšana

Pētnieki izveidoja robotu ar asti pēc tā daļu izveides ar Carbon M2, vismodernāko 3D printeri, kas īpaši izstrādāts mīkstajām konstrukcijām. Pēdas bija aprīkotas ar Velcro, lai tā varētu pielipt saskarē, un astei bija mehānisms, kas lika tai nospiesties uz leju, kad priekšējās kājas atsitās pret virsmu un slīd.

Robots ar asti demonstrēja līdzīgus panākumus, veicot smagas nosēšanās. Dabā gekoni ar astēm veiksmīgi nolaižas uz vertikālām virsmām, nekrītot 87% gadījumu. Roboti bez astes ir pierādījuši spēju veiksmīgi nolaisties 15% laika izmēģinājumos, bet jaunais robots ar asti varēja piezemēties 55% laika izmēģinājumos.

Pētnieki arī atklāja, ka roboti, kuru astēm ir puse no galvas un ķermeņa garuma kopā, bija gandrīz tikpat veiksmīgi kā garāki roboti, kuru garums bija līdz snuķim. Viņi arī atklāja, ka robotiem ar īsu asti bija nepieciešams divreiz lielāks pēdas spēks, lai tie paliktu piestiprināti pie koka.

Komanda turpinās pētīt gekonus un meklēs jaunus principus, ko piemērot robotiem, īpaši mīkstajiem robotiem uz vertikālām virsmām.

“Evolūcija nav par optimālumu un pilnību, bet gan par pietiekamību. Pietiekami labs risinājums patiešām sniedz jums plašas iespējas, lai jūs būtu daudz izturīgāks izaicinošā vidē,” sacīja Fulls. "Evolūcija vairāk izskatās pēc viltnieka, kurš nekad īsti nezina, ko ražos, un izmanto visu, kas ir viņu rīcībā, lai izveidotu kaut ko tādu, kas ir praktiski lietojams."

"Arvien biežāk tiek atklāts, ka maziem koku dzīvniekiem bez acīmredzamām morfoloģiskām adaptācijām lidojumam ir pārsteidzošas spējas manevrēt gaisā. Mīkstie robotizētie fiziskie modeļi var palīdzēt atšifrēt šādu mehāniski mediētu risinājumu vadību nosēšanās laikā, ”sacīja Jusufi.