Hodanje na više nogu može biti puno lakše nego što se dosad mislilo

Hodanje na više nogu može biti puno lakše nego što se dosad mislilo

Fizika hodanja višenožnih životinja i robota jednostavnija je nego što se dosad mislilo. To je otkriće opisao tim robotičara, fizičara i biologa u radu pod naslovom "Hodanje je poput klizanja: objedinjujući, podacima vođen pogled na kretanje" u izdanju Proceedings of the National Academy of Sciences od 5. rujna. “

Ovo je važno jer će omogućiti robotičarima da naprave mnogo jednostavnije modele koji bi opisali kako roboti hodaju i kreću se kroz svijet.”

Nick Gravish, koautor članka, član fakulteta, Odsjek za strojarstvo i zrakoplovno inženjerstvo, Kalifornijsko sveučilište San Diego

Istraživači su prethodno proučavali hodanje mrava i htjeli su vidjeti kako se njihova otkrića mogu primijeniti na robote. Otkrili su novi matematički odnos između hodanja, skakanja, klizanja i plivanja u viskoznim tekućinama za višenožne životinje i robote.

Tim je proučavao nekoliko kolonija argentinskih mrava na UC San Diego i dvije različite vrste robota s više nogu na Sveučilištu u Michiganu.

"Argentinske mrave vrlo je lako proučavati u laboratoriju", rekla je koautorica rada Glenna Clifton, članica fakulteta na Sveučilištu u Portlandu koja je vodila većinu istraživanja mrava dok je bila postdoktorandica u Gravishovom laboratoriju na UC San Diego.

Argentinski mravi su dobri planinari, sposobni su putovati na velike udaljenosti preko različitih terena. Ovi se mravi također lako prilagođavaju laboratorijskom okruženju i brzo obnavljaju svoje kolonije. Istraživači ih tada mogu motivirati da hodaju stavljanjem hrane na određena mjesta. "Ovi mravi će stvoriti staze za hranjenje i slijediti ih", rekao je Clifton. "Brzo se oporavljaju i ne zamjeraju."

Za proučavanje ovih različitih životinja i robota, istraživači su koristili algoritam koji je razvila istraživačka grupa Shaija Revzena sa Sveučilišta u Michiganu koji pretvara složene pokrete tijela u oblike. "Ovaj algoritam nam omogućuje da uspostavimo jednostavan odnos između vašeg držanja i vašeg sljedećeg pokreta", rekao je Gravish.

Istraživači su otkrili da se isti algoritmi mogu primijeniti i na mrave i na dvije različite vrste robota u studiji, iako je opseg klizanja tijekom hodanja bio vrlo različit. Argentinski mravi također se ne klizaju puno kada hodaju - samo 4,7% ukupnog kretanja. Nasuprot tome, ovaj postotak klizanja je 12% do 22% za robota BigANT sa šest nogu i 40% do 100% za robote Multipod sa šest do 12 nogu u studiji, koji ponekad puze.

Koristeći ovaj model, istraživači mogu predvidjeti kamo će se kukac ili robot kretati sljedeći put jednostavno na temelju položaja - ili oblika - koji zauzmu. "Ovo pruža univerzalni model lokacije koji se primjenjuje kad god kretanjem dominira trenje s okolinom", pišu istraživači.

Matematika koju su istraživači koristili nije nova. Ali smatralo se da se matematika odnosi samo na klizanje i plivanje u viskoznim tekućinama. Tim je pokazao da se iste jednadžbe primjenjuju na hodanje s više nogu, bez obzira poskliznu li se hodači ili ne. Nadalje, ista pravila vrijede za insekte veličine milimetara poput mrava do robota veličine metra. Rana verzija naslova rada bila je "Hodajući kao crv".

"Univerzalnost ovog pristupa može imati primjenu u dizajnu robota i planiranju kretanja te pruža uvid u evoluciju i kontrolu kretanja nogu", pišu istraživači.

Istraživači vjeruju da bi ovi univerzalni principi mogli imati implikacije za razumijevanje važnih evolucijskih prijelaza, kao što je od plivanja do hodanja. Budući da hodanje, čak i ako uključuje klizanje, slijedi ista opća načela kontrole kao viskozno plivanje, prve kopnene životinje možda su već imale neuronske sklopove potrebne za kretanje na kopnu.

Istraživači nisu proučavali dvonožna stvorenja, ali bi se model primjenjivao na njih sve dok se kreću sporo; imati obje noge na podu u isto vrijeme; i nemoj pasti. (Zamislite Michaela Jacksona kako hoda mjesečinom.)

Tim još uvijek treba napraviti neke fine prilagodbe, na primjer kako bi razumjeli koju ulogu imaju sile trenja u modelu.

“U svakom slučaju, hodanje može biti puno lakše nego što inače mislimo”, rekao je Gravish.

Izvor:

Kalifornijsko sveučilište, San Diego

.