Το περπάτημα με πολλά πόδια μπορεί να είναι πολύ πιο εύκολο από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως

Το περπάτημα με πολλά πόδια μπορεί να είναι πολύ πιο εύκολο από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως

Η φυσική του περπατήματος για τα πολύποδα ζώα και τα ρομπότ είναι απλούστερη από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Αυτό είναι το εύρημα που περιγράφεται από μια ομάδα ρομποτικών, φυσικών και βιολόγων σε μια εργασία με τίτλο «Το περπάτημα είναι σαν ολίσθηση: μια ενοποιητική, βασισμένη σε δεδομένα άποψη της μετακίνησης» στο τεύχος της 5ης Σεπτεμβρίου του Proceedings of the National Academy of Sciences. "

Αυτό είναι σημαντικό γιατί θα επιτρέψει στους ρομποτικούς να κατασκευάσουν πολύ πιο απλά μοντέλα για να περιγράψουν πώς τα ρομπότ περπατούν και κινούνται στον κόσμο».

Nick Gravish, συν-συγγραφέας του άρθρου, μέλος ΔΕΠ, Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροδιαστημικής Μηχανικής, Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια Σαν Ντιέγκο

Οι ερευνητές είχαν μελετήσει προηγουμένως το περπάτημα μυρμηγκιών και ήθελαν να δουν πώς τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να εφαρμοστούν σε ρομπότ. Ανακάλυψαν μια νέα μαθηματική σχέση μεταξύ του περπατήματος, του χοροπηδήματος, της ολίσθησης και της κολύμβησης σε παχύρρευστα υγρά για πολύποδα ζώα και ρομπότ.

Η ομάδα μελέτησε αρκετές αποικίες μυρμηγκιών της Αργεντινής στο UC San Diego και δύο διαφορετικούς τύπους πολύποδων ρομπότ στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν.

«Τα μυρμήγκια της Αργεντινής είναι πολύ εύκολο να μελετηθούν στο εργαστήριο», είπε η συν-συγγραφέας της εργασίας Glenna Clifton, μέλος ΔΕΠ στο Πανεπιστήμιο του Πόρτλαντ που ηγήθηκε των περισσότερων ερευνών για τα μυρμήγκια όταν ήταν μεταδιδακτορική στο εργαστήριο του Gravish στο UC San Diego.

Τα μυρμήγκια της Αργεντινής είναι καλοί πεζοπόροι, ικανοί να ταξιδέψουν μεγάλες αποστάσεις σε διαφορετικά εδάφη. Αυτά τα μυρμήγκια προσαρμόζονται επίσης εύκολα σε εργαστηριακά περιβάλλοντα και ανοικοδομούν γρήγορα τις αποικίες τους. Οι ερευνητές μπορούν στη συνέχεια να τους παρακινήσουν να περπατήσουν τοποθετώντας φαγητό σε συγκεκριμένες τοποθεσίες. «Αυτά τα μυρμήγκια θα δημιουργήσουν μονοπάτια τροφοδοσίας και θα τα ακολουθήσουν», είπε ο Κλίφτον. «Αναρρώνουν γρήγορα και δεν κρατούν κακία».

Για να μελετήσουν αυτά τα διαφορετικά ζώα και ρομπότ, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν αλγόριθμο που αναπτύχθηκε από την ερευνητική ομάδα του Shai Revzen στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, ο οποίος μετατρέπει σύνθετες κινήσεις του σώματος σε σχήματα. "Αυτός ο αλγόριθμος μας επιτρέπει να δημιουργήσουμε μια απλή σχέση μεταξύ της στάσης σας και της επόμενης κίνησής σας", είπε ο Gravish.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι ίδιοι αλγόριθμοι θα μπορούσαν να εφαρμοστούν και στα μυρμήγκια και στους δύο διαφορετικούς τύπους ρομπότ στη μελέτη, αν και η έκταση του γλιστρήματος κατά το περπάτημα ήταν πολύ διαφορετική. Τα μυρμήγκια της Αργεντινής επίσης δεν γλιστρούν πολύ όταν περπατούν - μόνο το 4,7% της συνολικής κίνησης. Αντίθετα, αυτό το ποσοστό ολίσθησης είναι 12% έως 22% για το ρομπότ BigANT με έξι πόδια και 40% έως 100% για τα ρομπότ Multipod με έξι έως 12 πόδια στη μελέτη, τα οποία μερικές φορές σέρνονται.

Χρησιμοποιώντας αυτό το μοντέλο, οι ερευνητές μπορούν να προβλέψουν πού θα κινηθεί το έντομο ή το ρομπότ στη συνέχεια απλά με βάση τη στάση - ή το σχήμα - που υιοθετούν. «Αυτό παρέχει ένα καθολικό μοντέλο τοποθεσίας που εφαρμόζεται κάθε φορά που η κίνηση κυριαρχείται από τριβή με το περιβάλλον», γράφουν οι ερευνητές.

Τα μαθηματικά που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές δεν είναι νέα. Αλλά τα μαθηματικά ήταν κατανοητό ότι ισχύουν μόνο για την ολίσθηση και το κολύμπι σε παχύρρευστα υγρά. Η ομάδα έδειξε ότι οι ίδιες εξισώσεις ισχύουν για το περπάτημα με πολλά πόδια, είτε γλιστρούν οι περιπατητές είτε όχι. Επιπλέον, οι ίδιοι κανόνες ισχύουν από έντομα μεγέθους χιλιοστού όπως μυρμήγκια έως ρομπότ μεγέθους ενός μέτρου. Μια πρώιμη έκδοση του τίτλου του χαρτιού ήταν "Walking Like a Worm".

«Η καθολικότητα αυτής της προσέγγισης μπορεί να έχει εφαρμογές στο σχεδιασμό ρομπότ και στον προγραμματισμό κίνησης και παρέχει μια εικόνα για την εξέλιξη και τον έλεγχο της κίνησης των ποδιών», γράφουν οι ερευνητές.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτές οι καθολικές αρχές θα μπορούσαν να έχουν επιπτώσεις στην κατανόηση σημαντικών εξελικτικών μεταβάσεων, όπως από το κολύμπι στο περπάτημα. Επειδή το περπάτημα, ακόμα κι αν περιλαμβάνει ολίσθηση, ακολουθεί τις ίδιες γενικές αρχές ελέγχου με την παχύρρευστη κολύμβηση, τα πρώιμα ζώα της ξηράς μπορεί να είχαν ήδη τα νευρικά κυκλώματα που είναι απαραίτητα για την κίνηση στην ξηρά.

Οι ερευνητές δεν μελέτησαν τα δίποδα πλάσματα, αλλά το μοντέλο θα ίσχυε για αυτά αρκεί να κινούνται αργά. να έχετε και τα δύο πόδια στο πάτωμα ταυτόχρονα. και μην πέσεις. (Φανταστείτε τον Μάικλ Τζάκσον να περπατάει στο φεγγάρι.)

Η ομάδα χρειάζεται ακόμα να βελτιώσει, για παράδειγμα, να καταλάβει τι ρόλο παίζουν οι δυνάμεις τριβής στο μοντέλο.

«Σε κάθε περίπτωση, το περπάτημα μπορεί να είναι πολύ πιο εύκολο από ό,τι πιστεύουμε συνήθως», είπε ο Gravish.

Πηγή:

Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σαν Ντιέγκο

.