A kutatók egy régóta kihalt fosszilis lényt elevenítenek fel robotként

Mostanáig, amikor a tudósok és mérnökök élő szervezetek által ihletett puha robotokat fejlesztettek ki, az élő, mai példákra összpontosítottak. Például korábban beszámoltunk a puha robotika alkalmazásairól, amelyek tintahalat, szöcskét és gepárdot utánoznak. Egy kutatócsoport azonban most először ötvözte a puha robotika és a paleontológia alapelveit, hogy megépítse a 450 millió évvel ezelőtt létező ősi tengeri lény, a pleurocystitid lágy robotváltozatát.

A pleurocisztidák a modern tüskésbőrűekkel, például a tengeri csillagokkal és a törékeny csillagokkal rokonok. A szervezetnek nagy jelentősége van az evolúcióban, mert úgy gondolják, hogy az Az első tüskésbőrűek Mozogni tudott: izmos törzset használt a tengerfenéken való mozgáshoz. De a fosszilis bizonyítékok hiánya miatt a tudósok… Nem értettem tisztán Hogyan használta a szervezet a törzset a víz alatti mozgáshoz? „Bár életvitelét és testtartását meglehetősen jól ismerik, a törzs mozgását szabályozó mechanizmusok erősen ellentmondásosak” – mondták a tüskésbőrűek törzsére összpontosító, korábban publikált tanulmány szerzői. Megjegyzés.

A tüskésbőrű újonnan kifejlesztett puha robot replikája (más néven „rombusz”) lehetővé tette a kutatóknak, hogy megfejtsék az organizmus mozgását és számos egyéb, a tüskésbőrű evolúcióhoz kapcsolódó rejtélyt. Tanulmányukban azt is állítják, hogy a replika a paleontológia alapjaként szolgál majd, egy viszonylag új terület, amely puha robotikát és fosszilis bizonyítékokat használ az életformák közötti biomechanikai különbségek feltárására.

Készítsen másolatot a puha robotról

Számos oka van annak, hogy a tudósok miért nem próbálnak lágy robotizált változatot készíteni valami olyan kihalt és régi dolognak, mint a mellhártyagyulladás. Nehéz megérteni, hogyan mozog egy organizmus, mert nincs mai megfelelője. Ezen túlmenően a fosszilis bizonyítékok csak korlátozott információt szolgáltatnak arról, hogy egy organizmus hogyan mozog. Például míg egyes kutatók azt sugallják, hogy a pleurocystis baktériumok úsznak, Mások vitatkoznak Evezős vagy szinuszos mozgást mutattak.

E kihívások leküzdése érdekében a kutatók tüskésbőrűekre szakosodott paleontológusokkal dolgoztak együtt. Összegyűjtötték a fosszilis képeket, a CT-vizsgálatokat és az összes többi bizonyítékot, amit találtak, majd ezeket az adatokat felhasználták a pleurális zsák testének és szárának megtervezéséhez. Ezután elasztomer öntéssel és 3D nyomtatással építették meg a robot különböző részeit a terv alapján.

Amikor megpróbálták a robotot a törzs segítségével mozgatni (mint egy igazi végtag), újabb kihívással néztek szembe. „A puha működtető nitinol huzalt használ, amely egy alakmemória ötvözet (SMA), amely gyakran kiég és tartósan megnyúlik. Ehhez több szárat kell készíteni (körülbelül 100 darab készült), és ki kell cserélni, ha megromlanak.

Nehéz volt megismételni a mellhártyagyulladásbaktérium puha, izmos törzsét is, mivel a kutatók nem tudták használni a hagyományos működtetőket, amelyek túl terjedelmesek és merevek. „Ehelyett egy speciális „mesterséges izom” drótot kellett használnunk, amely nikkel-titán ötvözetből áll, amely az elektromos stimuláció hatására összehúzódik. Ez lehetővé tette számunkra, hogy törzsszerű motort hozzunk létre” – tette hozzá Carmel Majidi, a tanulmány vezető szerzője. és a Carnegie Mellon Egyetem gépészmérnök professzora. „Megegyezik a természetes izmos törzs rugalmasságával.”

A kutatók ezután néhány szimulációt futtattak annak megállapítására, hogy a rombusz valószínűleg hogyan mozog a víz alatt. Felfedezték, hogy a hosszabb törzs jobb mozgást eredményez. A tanulmány szerint ez összhangban volt a fosszilis bizonyítékokkal, amelyek arra utalnak, hogy az idő múlásával hosszabb lábak alakultak ki a mellhártyában.

A szimulációk tanulmányozása után a kutatók egy 42 x 42 hüvelykes akváriumban helyezték el a robotot, amelynek alsó felülete hasonló a tengerfenékhez. Több tesztet végeztek, mindegyik két percig tartott, hogy megvizsgálják a robot mozgását. „Bemutatjuk, hogy ezeknél a tüskésbőrűeknél a széles, lendületes járás lehet a leghatékonyabb, és hogy a törzshossz növekedése jelentős sebességnövekedést eredményezhetett minimális többlet energiaköltség mellett.” Megjegyzés Tanulmányaikban.

Kihalt állatok tanulmányozása

Érdekesnek hangzik, hogy ősi, kihalt lényekről pontos másolatokat készítsünk őslénytan segítségével, de mit mondhatnak el nekünk a robotok, amit a fosszilis feljegyzések nem? Amikor feltettük ezt a kérdést Majidinek, elmagyarázta, hogy ha csak a létező fajok által ihletett robotokra összpontosítanak, a tudósok elszalaszthatnak egy nagyszerű lehetőséget, hogy megismerjék a sok más életforma életét irányító biológiai és evolúciós elveket.

Például egy becslés szerint modern kori élőlényeket foglal magában Csak 1 százalék Az összes életforma közül, amely valaha is létezett a Földön. „Elkezdhetünk tanulni az egykor a Földön barangoló fajok 99 százalékától, nem csupán 1 százalékuktól. Sok olyan lény van, amely évmilliókig sikeres volt, és kihalt a környezetükben bekövetkezett drasztikus változások miatt” – mondta Majidi. Ars Technica.

Az ilyen lények puha robotmásolatai hatékony eszközt kínálnak a paleontológusok számára, hogy kísérleti tesztelési platformokat hozzanak létre az ősi életformák mozgásával és fejlődésével kapcsolatos hipotézisek vizsgálatára.

A jelenlegi tanulmány sikeresen bizonyítja, hogy a puha robotok segítségével „újjáéleszthetők” kihalt szervezetek, valamint tanulmányozható azok mozgása és biomechanikája. „Ilyesmire korábban nem került sor a soft robotika közösségében, és reméljük, hogy ez további kutatásokat inspirál ezen a területen” – tette hozzá Desatnick.

PNAS, 2023. DOI: 10.1073/pnas.2306580120 (A digitális azonosítókról)

Rupendra Brahambhatt tapasztalt újságíró és filmrendező. Tudományos és kulturális hírekkel foglalkozik, az elmúlt öt évben pedig aktívan együttműködik a világ különböző részein működő leginnovatívabb hírügynökségekkel, magazinokkal és médiamárkákkal.