Abilitățile geckoșilor de aterizare pot fi utilizate în robotică

Cercetătorii de la Universitatea California, Berkeley și Institutul Max Planck pentru Sisteme Inteligente din Stuttgart, Germania, au demonstrat cum geckoșii utilizează cozile lor pentru a manevra în aer. Această abilitate le permite să se corecteze atunci când cad după ce și-au pierdut priza și poate să îi ajute să se propulseze pe suprafața unui lac.

Rezultatele vor fi publicate în această săptămână în revista Nature Communications Biology.

Aceste tehnici sunt foarte utile în robotică și sunt deja implementate în roboți inspirați de geckoși.

Descoperiri surprinzătoare despre geckoși

Robert Full este profesor de biologie integrativă la UC Berkeley, iar Adria Jusufi este membru al facultății la Școala de Cercetare Max Planck pentru Sisteme Inteligente și fost student doctorand la UC Berkeley. Cei doi au făcut o descoperire importantă și surprinzătoare, și anume că geckoșii utilizează și cozile lor pentru a se recupera atunci când se lovesc de un copac.

Accidentele cap-la-cap sunt destul de frecvente la geckoși, iar Jusufi a documentat acest lucru cu ajutorul unor camere video de înaltă viteză.

“Observarea geckoșilor de la înălțime, în canopiile pădurilor tropicale, a fost o experiență deschizătoare de ochi. Înainte de a sări, ei se mișcau capul în sus și în jos, și din lateral în lateral, pentru a estima distanța de zbor înainte de a sări, ca și cum ar fi vrut să vadă ținta de aterizare”, a spus Jusufi.

Videourile arată că geckoșii, în acest caz geckoșii asiatici cu cozi plate, apucă trunchiul copacului cu degetele lor cu gheare și îmbrăcămintea lor, atunci când se lovesc cap-la-cap de copac. Acest lucru ajută capul și umerii să se recupereze, iar geckoșii au posibilitatea de a-și apăsa coada de trunchi, ceea ce îi împiedică să cadă înapoi.

“Departul de la starea de repaus nu este o oprire, ci mai degrabă o continuare a mișcării. Unii dintre acești reptile nu sunt încă în stare de repaus, ci mai degrabă într-o stare de mișcare accelerată”, a spus Jusufi. “Ei se lovesc cap-la-cap, se răsucesc pe cap și pe picioare la un unghi extrem față de verticală – par a fi o carte deschisă, lipiți de copac doar cu picioarele și coada, în timp ce disipă energia impactului. Cu reflexul de oprire a căderii care se produce atât de repede, doar videoul în slow motion poate dezvălui mecanismul subiacent.”

Conform cercetătorilor, și alte animale mici și ușoare care sar, cum ar fi șopârlele, ar putea utiliza aceste tehnici.

“Ei ar putea avea zboruri mai lungi, care sunt mai mult în echilibru, și aterizează diferit, dar, de exemplu, dacă încearcă să scape, aleg să facă acest fel de comportament, în parte pentru că dimensiunea contează”, a spus Full. “Când ești atât de mic, ai opțiuni care nu sunt soluții pentru lucrurile mari. Așadar, aceasta este o soluție mediată de corp care nu o ai dacă ești mai mare.”

Structuri similare cu cozile geckoșilor ar putea fi utilizate pentru a ajuta la stabilizarea roboților zburători, cum ar fi dronele, pentru a ateriza pe suprafețe verticale.

Cercetătorii sunt primii care au documentat, modelat matematic și reprodus acest comportament într-un robot moale.

“Exaptațiile sunt structuri care au fost cooptate pentru multe comportamente, indiferent de ceea ce a evoluat inițial acea structură, și iată una pe care nu ai fi așteptat-o”, a spus Full. “Poți vedea cum acea capacitate incredibilă de a fi robustă poate permite aceste exaptații.”

“Până de curând, cozile nu au primit atenția pe care o merită, dar oamenii încep să realizeze că ar trebui să considerăm aceste animale ca fiind cinci-picioare, într-un fel – pentapode”, a spus Jusufi.

Conform lui Full, inginerii roboților adaugă din ce în ce mai multe funcții roboților și învață că pot introduce o nouă parte pentru fiecare capacitate.

“Pe măsură ce evoluează roboții și sistemele noastre fizice, inginerii vor să facă tot mai multe lucruri. Și, presupun, la un moment dat, nu poți optimiza un robot pentru tot”, a spus el. “Trebuie să folosești lucruri pentru alte comportamente pentru a obține acele comportamente.”

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

Construirea robotului

Cercetătorii au construit un robot cu coadă după ce au creat părțile sale cu ajutorul unui imprimant 3D de ultimă generație, special conceput pentru structuri moi. Picioarele au fost echipate cu velcro, astfel încât să se poată lipi la contact, iar coada a avut un mecanism care o făcea să se apese în jos atunci când picioarele din față atingeau o suprafață și alunecau.

Robotul cu coadă a demonstrat un succes similar atunci când a efectuat aterizări grele. În natură, geckoșii cu cozi aterizează cu succes pe suprafețe verticale fără a cădea 87% din timp. Roboții fără cozi au demonstrat o capacitate de a ateriza cu succes 15% din timp, în timp ce noul robot cu coadă a reușit să aterizeze cu succes 55% din timp.

Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că roboții cu cozi jumătate din lungimea capului și a corpului combinat au fost aproape la fel de eficienți ca și cei cu cozi mai lungi, care erau lungi cât distanța de la vârful botului până la anus. De asemenea, au descoperit că roboții cu cozi scurte necesitau de două ori mai multă forță la picioare pentru a rămâne lipiți de copac.

Echipa va continua să studieze geckoșii și să caute noi principii pentru a le aplica la roboți, în special la roboții moi pe suprafețe verticale.

“Evoluția nu este despre optimalitate și perfecțiune, ci mai degrabă despre suficiență. Soluția ‘destul de bună’ joacă un rol important în a oferi o gamă largă de capacități, astfel încât să fiți mult mai robust în medii dificile”, a spus Full. “Evoluția seamănă mai mult cu un inventator care nu știe niciodată ce va produce și folosește tot ceea ce are la dispoziție pentru a crea ceva care funcționează.”

“Animalele mici arboricole fără adaptări morfologice evidente pentru zbor sunt din ce în ce mai mult descoperite a avea o capacitate surprinzătoare de manevrare în aer. Modelele fizice moi ale roboților pot ajuta la descifrarea controlului unor astfel de soluții mecanice pentru aterizare”, a spus Jusufi.