Автор: Дарья Колмина
"Питерские заметки", 07.11.2023:
В исследовании, проведенном сотрудниками кафедры механической инженерии Университета Карнеги-Меллон в сотрудничестве с палеонтологами из Испании и Польши, применялись археологические данные для создания из мягких материалов робота-копии плевроциститида, морского организма, существовавшего почти 450 миллионов лет назад и считавшегося одним из первых эхиноидов, способных двигаться благодаря мышечному стеблю.
Опубликованное в "The Proceedings of the National Academy of Science" (PNAS), исследование направлено на расширение современного взгляда на конструкцию и движение живых существ путем внедрения новой области исследований - палеобионика - с целью использования мягкой робототехники, включающей гибкую электронику и мягкие материалы, для понимания биомеханических факторов, которые продвигали эволюцию.
"Мягкая робототехника - это еще один метод для проведения научных исследований с использованием мягких материалов для создания гибких конечностей роботов. Многие фундаментальные принципы биологии и природы могут быть полностью объяснены, только если мы посмотрим на эволюционную линию того, как развивались животные. Мы создаем роботов для изучения изменения способов передвижения", - сказал Кармел Маджиди, главный автор и профессор механической инженерии в Университете Карнеги-Меллон.
Поскольку присутствие человека на Земле составляет всего 0,007% истории планеты, современное животное царство, влияющее на понимание эволюции, составляет только часть всех существ, проживавших на Земле.
Используя археологические данные и комбинацию 3D-напечатанных элементов и полимеров для имитации гибкой колонообразной структуры движущегося придатка, команда заявила, что плевроциститиды, вероятно, могли передвигаться по дну моря с помощью мышечного стебля, который подталкивал животное вперед. Несмотря на отсутствие аналога в современное время (с тех пор эхиноиды развились, включая современные морские звезды и морские ежи), плевроциститиды привлекли внимание палеонтологов, как важный период в эволюции эхиноидов.
Команда определила, что широкие движения были наиболее эффективным типом передвижения и что увеличение длины стебля значительно увеличивало скорость движения животных, не заставляя их прилагать больше усилий.
"Исследователям в сообществе биоинспирированной робототехники необходимо выбирать важные характеристики для применения из организмов", - объяснил Ричард Десатник, аспирант и первый со-автор.
"По сути, нам нужно выбрать хорошие стратегии движения, чтобы заставить наших роботов двигаться. Например, действительно ли робот-морская звезда нуждается в 5 конечностях для передвижения, или мы можем найти более эффективную стратегию?" - добавил Зак Паттерсон, выпускник КМУ и первый со-автор исследования.
Теперь, после того как команда продемонстрировала, что они могут использовать мягкую робототехнику для инженерии вымерших организмов, они надеются исследовать других животных, таких как первый организм, способный пересекать море и сушу, - что невозможно изучать тем же способом с использованием традиционного вида робототехники.
"Оживление того, что существовало почти 500 миллионов лет назад, уже само по себе захватывающе, но то, что действительно нас вдохновляет в этом опыте, - это то, сколько мы сможем из него получит информации", - сказал Фил Ледук, соавтор и профессор механической инженерии в Университете Карнеги-Меллон. - "Мы не просто рассматриваем окаменелости в земле, мы пытаемся лучше понять жизнь, работая с удивительными палеонтологами".
Опубликованное в "The Proceedings of the National Academy of Science" (PNAS), исследование направлено на расширение современного взгляда на конструкцию и движение живых существ путем внедрения новой области исследований - палеобионика - с целью использования мягкой робототехники, включающей гибкую электронику и мягкие материалы, для понимания биомеханических факторов, которые продвигали эволюцию.
"Мягкая робототехника - это еще один метод для проведения научных исследований с использованием мягких материалов для создания гибких конечностей роботов. Многие фундаментальные принципы биологии и природы могут быть полностью объяснены, только если мы посмотрим на эволюционную линию того, как развивались животные. Мы создаем роботов для изучения изменения способов передвижения", - сказал Кармел Маджиди, главный автор и профессор механической инженерии в Университете Карнеги-Меллон.
Поскольку присутствие человека на Земле составляет всего 0,007% истории планеты, современное животное царство, влияющее на понимание эволюции, составляет только часть всех существ, проживавших на Земле.
Используя археологические данные и комбинацию 3D-напечатанных элементов и полимеров для имитации гибкой колонообразной структуры движущегося придатка, команда заявила, что плевроциститиды, вероятно, могли передвигаться по дну моря с помощью мышечного стебля, который подталкивал животное вперед. Несмотря на отсутствие аналога в современное время (с тех пор эхиноиды развились, включая современные морские звезды и морские ежи), плевроциститиды привлекли внимание палеонтологов, как важный период в эволюции эхиноидов.
Команда определила, что широкие движения были наиболее эффективным типом передвижения и что увеличение длины стебля значительно увеличивало скорость движения животных, не заставляя их прилагать больше усилий.
"Исследователям в сообществе биоинспирированной робототехники необходимо выбирать важные характеристики для применения из организмов", - объяснил Ричард Десатник, аспирант и первый со-автор.
"По сути, нам нужно выбрать хорошие стратегии движения, чтобы заставить наших роботов двигаться. Например, действительно ли робот-морская звезда нуждается в 5 конечностях для передвижения, или мы можем найти более эффективную стратегию?" - добавил Зак Паттерсон, выпускник КМУ и первый со-автор исследования.
Теперь, после того как команда продемонстрировала, что они могут использовать мягкую робототехнику для инженерии вымерших организмов, они надеются исследовать других животных, таких как первый организм, способный пересекать море и сушу, - что невозможно изучать тем же способом с использованием традиционного вида робототехники.
"Оживление того, что существовало почти 500 миллионов лет назад, уже само по себе захватывающе, но то, что действительно нас вдохновляет в этом опыте, - это то, сколько мы сможем из него получит информации", - сказал Фил Ледук, соавтор и профессор механической инженерии в Университете Карнеги-Меллон. - "Мы не просто рассматриваем окаменелости в земле, мы пытаемся лучше понять жизнь, работая с удивительными палеонтологами".