A több lábon járás sokkal könnyebb lehet, mint korábban gondoltuk

A több lábon járás sokkal könnyebb lehet, mint korábban gondoltuk

A többlábú állatok és robotok járásának fizikája egyszerűbb, mint azt korábban gondolták. Ezt írja le robotikusokból, fizikusokból és biológusokból álló csapat a Proceedings of the National Academy of Sciences szeptember 5-i számában "A gyaloglás olyan, mint a csúszás: a mozgás egyesítő, adatvezérelt nézete" című írásában. "

Ez azért fontos, mert lehetővé teszi a robotikusok számára, hogy sokkal egyszerűbb modelleket készítsenek, amelyek leírják, hogyan járnak és mozognak a robotok a világon.”

Nick Gravish, a cikk társszerzője, a Kaliforniai Egyetem San Diego-i Mechanikai és Repüléstechnikai Tanszékének oktatója

A kutatók korábban hangyajárást tanulmányoztak, és azt akarták látni, hogy eredményeiket hogyan lehet alkalmazni a robotokra. Új matematikai összefüggést fedeztek fel a séta, ugrálás, csúszás és viszkózus folyadékokban úszás között többlábú állatok és botok esetében.

A csapat több argentin hangyakolóniát tanulmányozott az UC San Diego-ban, és két különböző típusú többlábú robotot a Michigani Egyetemen.

"Az argentin hangyákat nagyon könnyű laboratóriumban tanulmányozni" - mondta Glenna Clifton, a tanulmány társszerzője, a Portlandi Egyetem oktatója, aki a hangyakutatások nagy részét vezette, amikor Gravish laboratóriumában posztdoktori volt a San Diego-i Egyetemen.

Az argentin hangyák jó túrázók, nagy távolságokat képesek megtenni különböző terepen. Ezek a hangyák könnyen alkalmazkodnak a laboratóriumi környezethez, és gyorsan újjáépítik kolóniáikat. A kutatók ezután motiválhatják őket arra, hogy sétáljanak, ha ételt helyeznek el meghatározott helyekre. "Ezek a hangyák táplálkozási utakat hoznak létre, és követik őket" - mondta Clifton. "Gyorsan felépülnek, és nem haragszanak."

E különböző állatok és robotok tanulmányozásához a kutatók Shai Revzen Michigani Egyetem kutatócsoportja által kifejlesztett algoritmust használtak, amely az összetett testmozgásokat formákká alakítja. "Ez az algoritmus lehetővé teszi számunkra, hogy egyszerű kapcsolatot hozzunk létre a testtartása és a következő mozdulata között" - mondta Gravish.

A kutatók azt találták, hogy ugyanazok az algoritmusok alkalmazhatók mind a hangyákra, mind a két különböző típusú robotra a vizsgálatban, bár a séta közbeni elcsúszás mértéke nagyon eltérő volt. Az argentin hangyák sem csúsznak sokat járás közben – a teljes mozgásnak csupán 4,7%-a. Ezzel szemben ez a csúszási százalék 12-22% a hatlábú BigANT robotnál és 40-100% a vizsgálatban szereplő hat-12 lábú Multipod robotoknál, amelyek néha másznak.

Ennek a modellnek a használatával a kutatók megjósolhatják, hogy a rovar vagy robot hova fog legközelebb mozogni, pusztán az általuk felvett testtartás vagy alak alapján. "Ez egy univerzális helymeghatározási modellt biztosít, amely minden olyan esetben alkalmazható, amikor a mozgást a környezettel való súrlódás uralja" - írják a kutatók.

A kutatók által használt matematika nem új keletű. De a matematikát úgy értelmezték, hogy csak csúszásra és viszkózus folyadékokban úszásra vonatkozott. A csapat kimutatta, hogy ugyanazok az egyenletek érvényesek a több lábon járásra, függetlenül attól, hogy a sétálók megcsúsznak-e vagy sem. Továbbá ugyanazok a szabályok érvényesek a milliméteres rovaroktól, például a hangyáktól a méteres robotokig. A papírcím korai változata a „Féregként járkál” volt.

"Ennek a megközelítésnek az egyetemessége alkalmazható a robottervezésben és a mozgástervezésben, és betekintést nyújt a lábon járó mozgás fejlődésébe és szabályozásába" - írják a kutatók.

A kutatók úgy vélik, hogy ezek az univerzális elvek hatással lehetnek a fontos evolúciós átmenetek megértésére, mint például az úszástól a gyaloglásig. Mivel a séta, még ha csúszással is jár, ugyanazokat az általános szabályozási elveket követi, mint a viszkózus úszás, a korai szárazföldi állatok már rendelkezhettek a szárazföldi mozgáshoz szükséges idegrendszerekkel.

A kutatók nem vizsgálták a kétlábú lényeket, de a modell mindaddig alkalmazható volt rájuk, amíg lassan mozognak; mindkét lába egyszerre legyen a padlón; és ne ess le. (Képzeld el Michael Jackson holdjárását.)

A csapatnak még finomítania kell, például, hogy megértse, milyen szerepet játszanak a súrlódási erők a modellben.

"Mindenesetre a séta sokkal könnyebb lehet, mint általában gondolnánk" - mondta Gravish.

Forrás:

Kaliforniai Egyetem, San Diego

.