«Палеороботы» расскажут ученым, как рыбы вышли на сушу
В статье, опубликованной в журнале Science Robotics, команда исследователей под руководством Кембриджского университета рассказывает о том, как «палеоинспирированная робототехника» дает ценный экспериментальный подход к изучению того, как грудные и брюшные плавники древних рыб развивались, чтобы поддерживать вес животного на суше.
«Поскольку ископаемые свидетельства ограничены, мы имеем неполное представление о том, как древние живые организмы перешли на сушу», — говорит ведущий автор работы доктор Майкл Ишида.
«Палеонтологи изучают древние окаменелости в поисках подсказок о строении тазобедренных и тазовых суставов, но есть пределы того, что мы можем узнать только по окаменелостям. Именно здесь на помощь могут прийти роботы, которые помогут нам заполнить пробелы в исследованиях, особенно при изучении серьезных изменений в способах передвижения позвоночных».
Ишида — сотрудник Кембриджской лаборатории биоинспирированной робототехники, возглавляемой профессором Фумией Иида. Команда занимается разработкой энергоэффективных роботов для различных сфер применения. Ученые черпают вдохновение в эффективных способах передвижения животных и людей.
Команда разрабатывает роботов, вдохновленных палеоисторией, в том числе исследуя современных «ходячих рыб», таких как грязевики, и в ископаемых останках вымерших рыб.
«В лаборатории мы не можем заставить живую рыбу двигаться не так, как ее научила эволюция, и уж точно не можем заставить двигаться ископаемое, поэтому мы используем роботов, чтобы смоделировать их анатомию и поведение», — говорит Ишида.
Команда создает роботизированные аналоги скелетов древних рыб, оснащенные механическими суставами, которые имитируют мышцы и связки. После завершения работы команда проведет эксперименты с этими роботами, чтобы определить, как могли двигаться эти древние существа.
«Мы хотим узнать, сколько энергии потребовалось бы различным моделям для ходьбы, и какие движения были наиболее эффективными», — говорит Ишида. — «Эти данные могут помочь подтвердить или опровергнуть существующие теории о том, как развивались эти ранние животные».
Как двигались древние животные
Одной из самых больших проблем в этой области является отсутствие полного собрания окаменелостей. Многие из древних видов, относящихся к этому периоду истории Земли, известны только по частичным скелетам, что затрудняет реконструкцию всего диапазона их движений.
«В некоторых случаях мы просто догадываемся, как соединялись или функционировали те или иные кости», — говорит Ишида. — «Именно поэтому роботы так полезны — они помогают нам подтвердить догадки или опровергнуть».
Роботы достаточно часто используются для изучения движения живых животных, но очень немногие исследовательские группы применяют их для изучения вымерших видов. «Есть всего несколько групп, которые занимаются подобной работой», — говорит Ишида. — «Но мы считаем, что это вполне естественно — роботы могут дать представление о древних животных, которое мы не можем получить только из окаменелостей или современных видов».
Команда надеется, что их работа подтолкнет других исследователей к использованию потенциала робототехники для изучения биомеханики давно вымерших животных. «Мы пытаемся замкнуть петлю между ископаемыми данными и реальной механикой», — говорит Ишида. — «Компьютерные модели, безусловно, невероятно важны в этой области исследований, но поскольку роботы взаимодействуют с реальным миром, они помогут проверить теории о том, как двигались эти существа, и, возможно, даже почему они двигались именно так, как двигались».
В настоящее время команда находится на ранних стадиях создания своих палеороботов, но они надеются получить некоторые результаты в течение следующего года. По словам исследователей, они надеются, что их модели роботов не только углубят понимание эволюционной биологии, но и откроют новые возможности для сотрудничества между инженерами и исследователями в других областях.