ความสามารถในการลงจอดของจิ้งจอกที่น่าประหลาดใจอาจถูกนำไปใช้ในด้านหุ่นยนต์

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ และสถาบันแมกซ์ แพลนค์ สำหรับระบบอัจฉริยะในเมืองชตุตท์การ์ท ประเทศเยอรมนี ได้แสดงให้เห็นว่าจิ้งจอกใช้หางของมันในการควบคุมตัวกลางอากาศได้อย่างไร

ผลการวิจัยจะถูกตีพิมพ์ในสัปดาห์นี้ใน Nature วารสาร Communications Biology.

เทคนิคเหล่านี้มีประโยชน์อย่างมากในด้านหุ่นยนต์ และกำลังถูกนำไปใช้ในหุ่นยนต์ที่มีลักษณะคล้ายจิ้งจอก

การค้นพบที่น่าประหลาดใจเกี่ยวกับจิ้งจอก

โรเบิร์ต ฟูลล์ เป็นศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ และอาดรียา จูซูฟี เป็นสมาชิกคณะกรรมการของโรงเรียนสอนการวิจัยแมกซ์ แพลนค์ สำหรับระบบอัจฉริยะ และอดีตนักศึกษาระดับ박ฏ7277 ของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ทั้งสองได้ทำการค้นพบใหม่ที่สำคัญและน่าประหลาดใจเกี่ยวกับจิ้งจอกที่ใช้หางของมันในการช่วยให้พวกมันฟื้นตัวเมื่อพวกมันตกไป

การชนหัวเป็นเรื่องที่เกิดขึ้นบ่อยในจิ้งจอก และจูซูฟีได้บันทึกสิ่งนี้ด้วยกล้องวิดีโอที่มีความเร็วสูง

“การดูจิ้งจอกจากที่สูงในพื้นที่ป่าไม้ทำให้เราต้องตื่นตาตื่นใจ ก่อนที่จะกระโดดออกไป พวกมันจะขยับหัวขึ้นและลง และข้างๆ เพื่อดูเป้าหมายก่อนที่จะกระโดดออกไป เช่นเดียวกับการประมาณการระยะทางที่จะเดินทาง” จูซูฟีกล่าว

วิดีโอดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าจิ้งจอกในกรณีนี้คือจิ้งจอกที่มีหางแบนของเอเชียทั่วไป จับขาที่มีกรงเล็บและแผ่นป้องกันเมื่อชนกับต้นไม้ สิ่งนี้ช่วยให้หัวและไหล่ของมันกระดอนกลับ และจิ้งจอกมีแรงกดที่จะกดหางของมันลงบนลำต้น ซึ่งจะป้องกันไม่ให้มันล้มหลัง

“ไม่เหมือนกับการหยุดชะงัก บางตัวของสัตว์เหล่านี้ยังคงเร่งความเร็วเมื่อถูกกระแทก” จูซูฟีกล่าว “พวกมันชนหัวก่อน แล้วตกหลังหัวในมุมที่มากจากแนวตั้ง — พวกมันดูเหมือนตั้งหน้าอกออกจากต้นไม้ — ติดอยู่กับขาและหางของมันเพื่อกระจายพลังงานจากการกระแทก ด้วยความเร็วในการหยุดตกที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว วิดีโอที่มีความเร็วต่ำเท่านั้นที่สามารถเปิดเผยกลไกที่ซ่อนอยู่”

ตามนักวิทยาศาสตร์ สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมีขนาดเล็กและเบาที่สามารถกระโดดได้อาจใช้เทคนิคเหล่านี้เช่นกัน

“พวกมันอาจมีการลอยที่ยาวกว่าและลอยที่มีสมดุลมากกว่า และพวกมันลงจอดแตกต่างออกไป แต่ถ้าพวกมันพยายามหลบหนี พวกมันเลือกที่จะทำพฤติกรรมนี้ ส่วนหนึ่งเพราะขนาดมีความสำคัญ” ฟูลล์กล่าว “เมื่อคุณเล็กขนาดนั้น คุณมีตัวเลือกที่ไม่ใช่วิธีแก้ปัญหาสำหรับสิ่งที่ใหญ่กว่า ดังนั้น นี่คือวิธีแก้ปัญหาที่ได้รับการช่วยเหลือจากตัวมันเองที่คุณไม่มีหากคุณใหญ่กว่า”

โครงสร้างที่คล้ายกับหางของจิ้งจอกสามารถใช้เพื่อช่วยให้หุ่นยนต์บิน เช่น จรวด ลงจอดบนพื้นผิวแนวตั้งได้

นักวิจัยเป็นคนแรกที่บันทึก พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ และสร้างพฤติกรรมนี้ในหุ่นยนต์แบบอ่อน

“การปรับตัวเป็นโครงสร้างที่ถูกนำมาใช้สำหรับพฤติกรรมหลายอย่าง ไม่ว่าโครงสร้างนั้นจะพัฒนาเพื่ออะไร แต่นี่คือสิ่งที่คุณไม่คาดคิด” ฟูลล์กล่าว “คุณสามารถเห็นได้ว่าความสามารถที่น่าเหลือเชื่อในการทนทานนี้สามารถช่วยให้การปรับตัวเหล่านี้เกิดขึ้นได้”

“จนกระทั่งไม่นานมานี้ หางไม่ได้รับความสนใจมากเท่ากับขาหรือปีก แต่คนเริ่มรู้แล้วว่าเราควรพิจารณาสัตว์เหล่านี้ว่าเป็นสัตว์ห้าขา — สัตว์ที่มีห้าขา” จูซูฟีกล่าว

ตามฟูลล์ วิศวกรหุ่นยนต์กำลังเพิ่มฟังก์ชันให้กับหุ่นยนต์มากขึ้น และพวกเขากำลังเรียนรู้ว่าพวกเขาสามารถแนะนำส่วนใหม่สำหรับการทำงานใหม่ๆ ได้

“เมื่อเราพัฒนาหุ่นยนต์และระบบทางกายภาพของเรา วิศวกรทุกคนต้องการทำสิ่งที่มากขึ้น และคุณรู้ไหม? ใน某จุด คุณไม่สามารถปรับหุ่นยนต์ให้เหมาะสมสำหรับทุกสิ่ง” เขากล่าว “คุณต้องใช้สิ่งเหล่านี้สำหรับพฤติกรรมอื่นๆ เพื่อให้ได้พฤติกรรมเหล่านั้น”

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

การสร้างหุ่นยนต์

นักวิจัยสร้างหุ่นยนต์ที่มีหางหลังจากที่สร้างส่วนประกอบด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ Carbon M2 ซึ่งเป็นเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่มีคุณภาพสูงสำหรับโครงสร้างอ่อน

หุ่นยนต์ที่มีหางแสดงให้เห็นถึงความสำเร็จที่คล้ายกันเมื่อทำการลงจอดที่ยาก ในธรรมชาติ จิ้งจอกที่มีหางสามารถลงจอดบนพื้นผิวแนวตั้งได้โดยไม่ตกลง 87% ของเวลา หุ่นยนต์ที่ไม่มีหางสามารถลงจอดได้สำเร็จ 15% ของเวลาในการทดสอบ แต่หุ่นยนต์ที่มีหางใหม่สามารถลงจอดได้สำเร็จ 55% ของเวลาในการทดสอบ

นักวิจัยยังพบว่าหุ่นยนต์ที่มีหางที่มีความยาวครึ่งหนึ่งของหัวและลำตัวรวมกันสามารถลงจอดได้สำเร็จเกือบเท่ากับหุ่นยนต์ที่มีหางที่ยาวกว่า

ทีมงานจะ继续ศึกษาจิ้งจอกและค้นหาความสามารถใหม่ๆ ที่จะนำไปใช้กับหุ่นยนต์ โดยเฉพาะหุ่นยนต์แบบอ่อนบนพื้นผิวแนวตั้ง

“การวิวัฒนาการไม่ใช่เรื่องของความสมบูรณ์แบบ แต่เป็นเรื่องของความเพียงพอ วิธีแก้ปัญหาที่เพียงพอสามารถให้ความสามารถที่กว้างขวางได้ และทำให้คุณทนทานมากขึ้นในสถานการณ์ที่ท้าทาย” ฟูลล์กล่าว “การวิวัฒนาการดูเหมือนคนงานที่ไม่เคยรู้ว่าจะผลิตอะไรออกมา และใช้ทุกสิ่งที่มีอยู่เพื่อสร้างสิ่งที่สามารถทำงานได้”

“สัตว์เล็กๆ ที่ไม่มีการปรับตัวที่ชัดเจนสำหรับการบินกำลังพบว่ามีความสามารถที่น่าประหลาดใจในการควบคุมตัวกลางอากาศ หุ่นยนต์แบบอ่อนสามารถช่วยให้เราเข้าใจการควบคุมของวิธีแก้ปัญหาที่ได้รับการช่วยเหลือจากกลไกเหล่านี้ในการลงจอด” จูซูฟีกล่าว