Ma kutyája farkát használja körbefuttatáshoz, mutatáshoz és üldözéshez. De a farok ennél sokkal többet nyújtanak: 360 millió évvel ezelőtt segítették az első szárazföldi járókat a végzetes evolúciós áttérésben a vízből a földre. Egy új tanulmányban a kutatók makacs farkú robotokat használtak, amelyek úgy tervezték, hogy úgy mozogjanak, mint kétéltű „piszkos” halak, hogy megmutassák, hogy az első szárazföldi sétálók valószínűleg farkaikat használtak az áruló partszakaszok navigálására.
kapcsolodo tartalom
- Az önkenő kardhal elválasztja az olajat a gyorsabb úszásért
A Science folyóirat ezen heti kiadványában részletezett eredmények segíthetnek olyan kétéltű robotok megtervezésében, amelyek hatékonyan szétteríthetik olyan kihívást jelentő felületeket, mint például a végtagok körül áramló homok, amely akadályozhatja a mozgást. (Nem mondhatom el, hogy mire használhatják ezeket a lábú lábú robotokat, de érdemes megjegyezni, hogy a tanulmányt részben az Egyesült Államok Hadsereg-kutató hivatala és a Hadseregkutató laboratórium finanszírozta.)
„A föld nem csak kemény beton vagy sziklák. Lehet, hogy homokos és sáros laza terepből áll, amely érintkezéskor folyik, és az ilyen anyagokon keresztüli mozgatás egyáltalán nem triviális ”- mondja Daniel Goldman, az állatok mozgására szakosodott Georgia Tech biofizikusa, tanulmányvezetője.
A korai szárazföldi gerinces állatok, vagy a tetrapódok mozgásának további betekintése érdekében Goldman és munkatársai megvizsgálták az afrikai piszokfogó mozgását, egy kicsi, kétéltű halat, amely a part közelében lévő árapály-területeken él, és idejét mind vízben, mind homokos és sáros felületek. A sárfogók az ingerüskéjükkel átkelnek a szárazföldön, és tudják, hogy alkalmanként ugrálnak, miközben a farkukba dobtak.
A csapat megfigyelései azt mutatták, hogy a sárfogó farka csak csekély mértékben használható sík felületen történő mozgáshoz, de még fontosabbá válik, amikor a lénynek csúszós lejtőkön kell mozgatnia magát.
A tudósok annak jobb megértése érdekében, hogy miként használta az ujjak és a farok együttesen, a tudósok 3D-nyomtatóval készítettek egy robotot, amely utánozza a lény néhány kulcsmozgását. A legfontosabb, hogy a „MuddyBot” meg tudja csinálni egy push-up-ot, és hátrafelé tolja az első végtagjait - egy „mancsolásnak” nevezett mozgást -, és el tudja helyezni erőteljes farkát különböző szögben a talajon a végtagjaihoz képest.
„Ez nem a leginkább elbűvölő eszköz - mondja Goldman -, de jól vezérelhető. Robotot használunk tudományok készítéséhez, és ebben az esetben olyan dolgokról beszélünk, amelyek 360 millió évvel ezelőtt történt. ”
A robot két végtaggal és erős farokkal rendelkezik, mozgását villamos motorok biztosítják. (Rob Felt, Georgia Tech) MuddyBot-hez hasonlóan, a MuddyBot-nak is szüksége volt egy rúgásra a farkából, hogy egy 20 fokos homokos lejtőn fel tudjon emelkedni. A farok a rögzítéshez is hasznos volt, így a robot nem csúszott hátrafelé a lejtőn.
"A robotok megnézésével képesek voltunk különbséget tenni a farok együttes használata a végtagokkal" - mondja Goldman. "Különösen meredek dőlésű anyagok esetén, ha nem használja a farkát, elég gyors lesz az átfutás."
Az eredmények fontos lépés - nem szándékoztak - a korai tetrapódos mozgás mechanikai alapelveinek és különösen a farok fontosságának megértése felé - mondja John Nyakatura, a berlini Humboldt Egyetem evolúciós biológusa, aki nem vett részt a tanulmányban.
„Hosszú ideig a szalamandra mozgását tekintették a legmegfelelőbb modellnek a korai tetrapódos mozgáshoz” - mondja Nyakatura, aki kapcsolódó tudományos cikket írt a Science eredményeiről. "Mivel a szalamandrák nem használják a farkot ilyen módon olyan nehéz kihívásokra, mint a meredek, homokos lejtők, senki sem gondolt a farokra."
Nyakatura elismerte a csapat innovatív módszereit is. "Ami azért tetszik ebben a cikkben, hogy különféle kutatási megközelítésekre támaszkodik: robotika, szimulációk, élő halak biomechanikája" - mondja. „Különösen a szimuláció és a robotok használata nagyszerű lehetőségeket kínál a paleontológia funkcionális következtetéseire. Ezek a megközelítések lehetővé teszik (Önnek) az egyes paraméterek szisztematikus változtatását. Az egész „paramétertér” felfedezhető, beleértve az olyan paraméter-kombinációkat is, amelyeket az élő állatokban nem lehet megfigyelni. ”
John Hutchinson, a Londoni Egyetem evolúciós biomechanikájának professzora egyetértett. A vízről a földre való áttérés „jelentős változást jelentett a gerinces evolúcióban, és előkészítette mindazt, ami azóta történt a gerinces csoport szárazföldjén” - mondja Hutchinson, aki nem vett részt a kutatásban. "Senki sem használt robotokat, hogy fényt derítsen erre a területre, ezért érdekes lesz látni, hová megy."
