Роботы учатся у слонов технике мягкого и точного захвата

Ученые исследовали хобот слона, чтобы понять, как животное добивается максимальной силы и точности при захвате предмета. Этот опыт очень важен для создания роботов с мягкими захватами, у которых есть множество приложений.
Роботы учатся у слонов технике мягкого и точного захвата
У слоненка четко видны «пальцы» на хоботе, которыми он захватывает предмет. Unsplash
До сих пор несмотря на все эксперименты захват роботов работает недостаточно точно. Может быть, опыт слонов поможет решить эту проблему.

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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?

Новое исследование силы захвата двумя «пальцами» на кончике хобота слона позволит усовершенствовать робототехнику.
Новое исследование силы захвата двумя «пальцами» на кончике хобота слона позволит усовершенствовать робототехнику.
Manoj Shah/GettyImages
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Мягкие захваты на основе хобота слона адаптируют свои эластичные тела к объектам, с которыми взаимодействуют. Вот несколько примеров того, как можно использовать мягких роботов:

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
  • 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?

Слон использует щипок, чтобы сорвать листья с дерева
Слон использует щипок, чтобы сорвать листья с дерева
Unsplash
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.