Naukowcy wskrzeszają dawno wymarłe skamieniałe stworzenie jako robota

Do tej pory naukowcy i inżynierowie opracowujący miękkie roboty inspirowane żywymi organizmami skupiali się na żywych, współczesnych przykładach. Na przykład pisaliśmy wcześniej o zastosowaniach miękkiej robotyki naśladującej kałamarnice, koniki polne i gepardy. Jednak po raz pierwszy zespół naukowców połączył zasady miękkiej robotyki i paleontologii, aby zbudować miękką, robotyczną wersję pleurocystity, starożytnego stworzenia morskiego, które istniało 450 milionów lat temu.

Pleurocystydy są spokrewnione ze współczesnymi szkarłupniami, takimi jak rozgwiazdy i kruche gwiazdy. Organizm ma ogromne znaczenie w ewolucji, ponieważ tak się uważa Pierwsze szkarłupnie Potrafił się poruszać: po dnie morskim poruszał się za pomocą muskularnego tułowia. Jednak z powodu braku dowodów kopalnych naukowcy… Nie zrozumiałem jasno W jaki sposób organizm wykorzystywał pień do poruszania się pod wodą? „Chociaż jego nawyki życiowe i postawa są dość dobrze poznane, mechanizmy kontrolujące ruch tułowia są wysoce kontrowersyjne” – stwierdzili autorzy wcześniej opublikowanego badania skupiającego się na pniu szkarłupni. Uwaga.

Nowo opracowana replika miękkiego robota (zwana także „rombem”) szkarłupni umożliwiła naukowcom rozszyfrowanie ruchu organizmu i różnych innych tajemnic związanych z ewolucją szkarłupni. W swoich badaniach twierdzą również, że replika posłuży jako podstawa paleontologii, stosunkowo nowej dziedziny, która wykorzystuje miękką robotykę i dowody kopalne do badania biomechanicznych różnic między formami życia.

Wykonaj replikę miękkiego robota

Istnieje wiele powodów, dla których naukowcy nie próbują stworzyć miękkiej, robotycznej wersji czegoś tak wymarłego i tak starego jak zapalenie opłucnej. Trudno zrozumieć, jak porusza się organizm, ponieważ nie ma współczesnego odpowiednika. Ponadto dowody kopalne dostarczają jedynie ograniczonych informacji na temat sposobu poruszania się organizmu. Na przykład, chociaż niektórzy badacze sugerują, że bakterie pleurocystis pływają, Inni się kłócą Pokazywały ruchy wioślarskie lub sinusoidalne.

Aby pokonać te wyzwania, naukowcy współpracowali z paleontologami specjalizującymi się w szkarłupniach. Zebrali obrazy skamieniałości, tomografię komputerową i wszystkie inne dowody, jakie mogli znaleźć, a następnie wykorzystali te dane do zaprojektowania trzonu i trzonu worka opłucnowego. Następnie wykorzystali formowanie elastomeru i druk 3D, aby zbudować różne części robota na podstawie projektu.

Kiedy próbowali zmusić robota do poruszania się za pomocą tułowia (jak prawdziwej kończyny), stanęli przed kolejnym wyzwaniem. „W miękkim siłowniku zastosowano drut nitinolowy, który jest stopem z pamięcią kształtu (SMA), który często wypala się i ulega trwałemu rozciągnięciu. Wymaga to wykonania kilku trzpieni (wyprodukowano około 100) i wymiany, gdy się zepsują.

Trudno było także odtworzyć miękki, umięśniony tułów bakterii zapalenia opłucnej, ponieważ badacze nie byli w stanie zastosować konwencjonalnych siłowników, które są zbyt nieporęczne i sztywne. „Zamiast tego musieliśmy użyć specjalnego drutu do sztucznego mięśnia, składającego się ze stopu niklu i tytanu, który kurczy się w odpowiedzi na stymulację elektryczną. Pozwoliło nam to stworzyć silnik przypominający tułów” – dodała Carmel Majidi, starsza autorka badania i profesor inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Carnegie Mellon. „To odpowiada elastyczności naturalnego tułowia mięśniowego”.

Następnie badacze przeprowadzili kilka symulacji, aby zobaczyć, jak romb prawdopodobnie będzie się poruszał pod wodą. Odkryli, że dłuższy tułów zapewnia lepszy ruch. Według badania było to zgodne z dowodami kopalnymi sugerującymi ewolucję dłuższych nóg w opłucnej w czasie.

Po przestudiowaniu symulacji badacze umieścili robota w akwarium o wymiarach 42 na 42 cale, którego dno przypominało dno morskie. Przeprowadzili wiele testów, każdy trwający dwie minuty, aby sprawdzić ruch robota. „Pokazujemy, że szeroki, zamaszysty chód może być najskuteczniejszy w przypadku szkarłupni i że zwiększenie długości tułowia mogło skutkować znacznym wzrostem prędkości przy minimalnych dodatkowych kosztach energii”. Uwaga W swoich studiach.

Badanie wymarłych zwierząt

Tworzenie dokładnych kopii starożytnych, wymarłych stworzeń za pomocą paleontologii brzmi interesująco, ale co mogą nam powiedzieć roboty, czego nie może zrobić zapis kopalny? Kiedy zadaliśmy to pytanie Majidiemu, wyjaśnił, że skupiając się wyłącznie na robotach inspirowanych istniejącymi gatunkami, naukowcy mogą stracić doskonałą okazję do poznania biologicznych i ewolucyjnych zasad rządzących życiem wielu innych form życia.

Według szacunków obejmuje na przykład organizmy współczesne Tylko 1 proc Ze wszystkich form życia, jakie kiedykolwiek istniały na Ziemi. „Możemy zacząć uczyć się od 99 procent gatunków, które kiedyś zamieszkiwały Ziemię, a nie od zaledwie 1 procenta. Jest wiele stworzeń, które odnosiły sukcesy przez miliony lat, a które wymarły z powodu drastycznych zmian w ich środowisku „- powiedział Majidi Ars Technica.

Miękkie, robotyczne repliki takich stworzeń zapewniają paleontologom potężne narzędzie do tworzenia eksperymentalnych platform testowych do badania hipotez na temat przemieszczania się i ewolucji tych starożytnych form życia.

Obecne badanie z powodzeniem pokazuje, że miękkie roboty można wykorzystać do „ożywienia” wymarłych organizmów oraz badania ich lokomocji i biomechaniki. „Nie robiono tego wcześniej w społeczności zajmującej się robotyką miękką i mamy nadzieję, że zainspiruje to do dalszych badań w tej dziedzinie” – dodał Desatnick.

PNAS, 2023. DOI: 10.1073/pnas.2306580120 (O identyfikatorach cyfrowych)

Rupendra Brahambhatt jest doświadczoną dziennikarką i reżyserką. Zajmuje się nowościami naukowymi i kulturalnymi, a od pięciu lat aktywnie współpracuje z jednymi z najbardziej innowacyjnych agencji informacyjnych, magazynów i marek medialnych działających w różnych częściach świata.