Ultra Güçlü Robot Mantis Karidesinin Hareketlerini Taklit Ediyor

Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’nda bir grup robotikçi, mühendis ve biyolog, mantis karidesinin darbesini taklit edebilen bir robot geliştirdi. Bu yaratıklar, kulüp benzeri uzantılarının bir silahdan çıkan kurşun kadar hızlı hızlanması nedeniyle en güçlü darbeye sahiptirler. Biyologlar uzun süredir mantis karidesinin bu ultra hızlı hareketleri nasıl ürettiğini anlamaya çalıştılar, ancak yeni yüksek hızlı görüntüleme gelişmeleri yeni bilgiler sunuyor.

Araştırma, Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri‘nde yayımlandı.

Robert Wood, Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’nda Harry Lewis ve Maryln McGrath Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Profesörüdür. Ayrıca makalenin kıdemli yazarıdır.

“Doğada gördüğümüz birçok dikkat çekici davranışa karşı büyük bir ilgi duyuyoruz, özellikle bu davranışlar insan yapımı cihazlarla elde edilebileceklerin karşılaştırması veya aşılması durumunda,” dedi Wood. “Mantis karidesinin darbelerinin hızı ve gücü, karmaşık bir alt mekanizmanın sonucudur. Mantis karidesinin darbe uzantısının bir robot modelini inşa ederek, bu mekanizmaları daha önce hiç görülmemiş bir ayrıntı ile inceleyebiliriz.”

Küçük Organizmalar Arasında Kilit Mekanizmaları

Kurbağalar ve kamelyalar gibi küçük organizmalar, ultra hızlı hareketleri üretmek için bir kilit mekanizmasının salınmasını kullanırlar. Esnek enerji depolarlar ve bu kilit mekanizması aracılığıyla hızlı bir şekilde salıverirler. Mantis karidesinin özel durumunda, kasların tendonlarında iki küçük yapı called sclerites bulunur ve bunlar uzantının kilit mekanizması olarak görev yapar.

Mantis karidesi ve diğer benzer organizmalar arasındaki dikkat çekici farklardan biri, mantis karidesinin uzantısında scleritelerin kilidini açması sırasında bir gecikme olmasıdır.

Nak-seung Hyun, SEAS’da doktora sonrası araştırma görevlisi ve makalenin ilk ortak yazarıdır.

“Ultra yüksek hızda bir kamera ile darbe sürecine baktığınızda, scleritelerin salınması ve uzantının ateşlenmesi arasında bir zaman gecikmesi vardır,” dedi Hyun. “Bu, bir fare tuşuna basıldığında bir mouse tuşunun tetiklenmesine benzer, ancak tetiğin hemen değil, belli bir gecikme之后 çalışması gibi bir şey. Açıkça, uzantıyı yerinde tutan başka bir mekanizma var, ancak kimse bu diğer mekanizmanın nasıl çalıştığını analitik olarak anlamayı başaramadı.”

Emma Steinhardt, SEAS’da lisansüstü öğrencisi ve makalenin ilk yazarıdır.

“Mantis karidesinin diğer kabuklulara göre özel kasları olmadığını biliyoruz, bu nedenle soru, eğer kasları bu hızlı hareketleri yaratmıyorsa, o zaman bu yüksek hızları üreten bir mekanik mekanizma olmalıdır,” dedi Steinhardt.

Scleritelerin kilidini açmasıyla, biyologlar uzantının geometrisinin bir ikincil kilit olarak görev yaptığını düşünüyorlar. Bu, kolun hareketini kontrol etmeye yardımcı olurken enerji depolamaya devam eder. Ancak bu sadece bir test edilmemiş teori.

https://www.youtube.com/watch?v=If4IURa2Joo

Karides Ölçeğinde Robot Geliştirme

Ekibin bu hipotezi test etmek için sistemi inşa etmeden önce bağlantı mekanikleri hakkında nghiên cứu yapması gerekiyordu. Robot inşa edildikten sonra, ekip hareketin dört ayrı aşamasını haritalayan bir matematiksel model geliştirdi. Scleritelerin kilidinin açılmasıyla başlayan ve uzantının darbesiyle sona eren süreci modellediler.

Araştırmacılar, scleritelerin kilidini açtıktan sonra, mekanizmanın geometrisinin uzantıyı yerinde tuttuğunu ve onu bir üst-merkezleme noktasına ulaşana kadar serbest bırakmadığını buldular.

“Bu süreç, depolanan esnek enerjinin salınmasını kontrol ediyor ve aslında sistemin mekanik çıkışını artırıyor,” dedi Steinhardt. “Geometrik kilit süreci, bu kısa süreli hareketlerde, örneğin darbelerde, nasıl cực yüksek hızlanma üretildiğini açıklıyor.”

Bu süreç, 1.5 gram ağırlığındaki bir karides ölçekli robotta taklit edildi. Mantis karidesinin darbesinin hızına ulaşmasa da, robot havada 26 metre saniye hızı gösterdi. Bu hız, aynı ölçekteki diğer cihazlardan daha hızlıdır.

Shella Patek, Duke Üniversitesi’nde Biyoloji Profesörü ve ortak yazarıdır.

“Bu çalışma, disiplinler arası işbirliklerinin birden fazla alanda keşiflere nasıl yol açabileceğini gösteriyor,” dedi Patek. “Fiziksel bir model inşa etme ve matematiksel model geliştirme süreci, bizi mantis karidesi darbe mekanikleri anlayışımızı yeniden değerlendirmeye ve daha geniş olarak, organizmaların ve sentetik sistemlerin ultra hızlı, tekrar eden hareketler sırasında aşırı enerji akışını kontrol etmek için geometriyi nasıl kullandıklarını keşfetmeye yöneltti.”

Fiziksel ve analitik modelleri birleştirerek, biyologlar ve robotikçiler, belirli organizmaların olağanüstü görevleri nasıl gerçekleştirdiklerini daha derin bir şekilde理解 edecekler.

Araştırmanın diğer ortak yazarları arasında Je-sung Koh, Gregory Freeburn, Michelle H. Rosen ve Fatma Zeynep Temel bulunmaktadır.