Роботы учатся у слонов технике мягкого и точного захвата
Слон использует свой хобот для еды, питья, общения, исследования окружающей среды, и даже для изготовления и использования инструментов. Хобот содержит шесть групп мышц. Он не только очень сильный — слон может вырвать дерево с корнем, — но и точный. Слоны используют целый ряд приемов для захвата объектов, включая всасывание, щипок двумя «пальцами» на кончике хобота и обхватывание хоботом объекта.
Исследователь Полин Костес была частью группы ученых, которые тестировали шесть самок африканских саванных слонов в зоопарке, чтобы узнать, какую силу развивают кончики их хоботов и какая часть кончика хобота самая прочная. Журнал The Conversation расспросил ее о результатах работы.
Что вы узнать и зачем?
В этом исследовательском проекте мы изучали максимальную силу щипка, которую развивает кончик хобота африканского слона. Хобот слона в основном состоит из мышц, он не имеет жесткой структуры (в нем нет костей), но в нем много нервов, что дает ему не только большую силу, но и точность и чувствительность.
Предыдущие исследования измеряли силу всего хобота, когда слоны обхватывают им объект. Мы сосредоточились на том, насколько силен кончик хобота. Кончик хобота слона состоит из двух пальцевидных выступов: заостренного наверху и более округлого и короткого внизу.
Инженеры, проектирующие роботов, уже пытались имитировать гибкость и способ, которым естественная биологическая ткань может скручиваться или поворачиваться при выполнении различных задач. В течение последних 20 лет хобот слона вдохновлял эти исследования, особенно в области робототехники захвата.
Целью нашего исследования было выяснить, насколько силен захват кончика хобота. Этот вид захвата позволяет слону брать небольшие объекты с высокой точностью. Это особенно полезно в мягкой робототехнике, которая фокусируется на проектировании и производстве роботов с использованием гибких, деформируемых материалов.
Каковы были ваши основные выводы?
Мы измерили максимальную силу захвата. Она составляет 86,4 ньютона. Ньютон, международная единица измерения силы, соответствует силе, которая придает массе в один килограмм ускорение в один метр в секунду в квадрате. Для сравнения, максимальная сила захвата между большим и указательным пальцами у людей составляет от 49 до 68 ньютонов.
Мы обнаружили, что кончик хобота слон использует для захвата объектов с высокой точностью, но без большого усилия. Это полезная информация для будущего развития мягких захватов роботов. Некоторые роботы должны уметь захватывать объекты, при выполнении многих видов работы. Мягкие захваты — инструмент на конце руки робота — являются важнейшим компонентом захвата.
Мягкие захваты на основе хобота слона адаптируют свои эластичные тела к объектам, с которыми взаимодействуют. Вот несколько примеров того, как можно использовать мягких роботов:
- Медицина: использование роботов для минимально инвазивных хирургических процедур.
- Промышленность: обработка хрупких или неровных по форме объектов на производственных линиях.
- Исследования и разработки: разработка роботов, способных перемещаться в сложных или недоступных условиях.
- Сельское хозяйство: сбор фруктов и овощей без их повреждения.
А какую пользу принесло ваше исследование слонам?
Первой прямой выгодой было стимулирование слонов в неволе с помощью обогащающих и развивающих занятий.
Наше исследование также показало, как различаются методы захвата у разных групп слонов, живущих в разных местах обитания, и какова связь захвата с плотностью и размером растительности. Эти новые знания полезны для сохранения слонов, помогая ученым выяснить, как изменение климата, которое меняет места обитания слонов, повлияет на их пищевое поведение.