Вперше команда дослідників об’єднала принципи м’якої робототехніки та палеонтології для створення версії м’якого робота плевроциститу. Це стародавня морська істота, яка жила на нашій планеті 450 мільйонів років тому.
Плевроцистити споріднені сучасним голкошкірим, таким як морські зірки та крихкі зірки. Цей організм має велике значення в еволюції, оскільки вважається першим голкошкірим, який був здатний рухатися: він використовував м’язисте стебло, щоб пересуватися морським дном.
Але через брак скам’янілостей вчені ніколи не розуміли, як організм насправді використовував стебло для пересування під водою. «Хоча його життєві звички та поза достатньо добре зрозумілі, механізми, які контролюють рух його стебла, є дуже суперечливими», — зазначають автори раніше опублікованого дослідження, присвяченого стеблу голкошкірих .
Нещодавно розроблена репліка м’якого робота (також називається «Ромбот») плевроциститу дозволила дослідникам розшифрувати рух організму та різні інші таємниці, пов’язані з еволюцією голкошкірих.
У своєму дослідженні вони також стверджують, що репліка послужить основою палеобіоніки, відносно нової галузі, яка використовує м’яку робототехніку та скам’янілі докази для дослідження біомеханічних відмінностей між формами життя.
Є багато причин, чому вчені не намагаються створити програмну версію чогось такого ж старого, як плевроцистит. Зрозуміти, як рухався організм, складно, оскільки сучасного аналога немає. Крім того, викопні рештки дають лише обмежену інформацію про те, як організм рухався. Наприклад, деякі дослідники припускають, що плевроцистит плавав, інші стверджують , що він демонстрував черепні або синусоїдальні рухи.
Щоб подолати ці проблеми, дослідники працювали з палеонтологами, які спеціалізуються на голкошкірих. Вони зібрали зображення скам’янілостей, комп’ютерну томографію та всі інші докази, які змогли знайти, а потім використали ці дані для розробки тіла та стебла плевроциститу. Згодом вони застосували лиття еластомеру та 3D-друк, щоб створити різні частини робота.
Коли вони спробували змусити робота рухатися за допомогою стебла як справжній плевроцистит, вони зіткнулися з іншою проблемою. «М’який привод використовував нітиноловий дріт (металевий сплав, що пам’ятає свою форму), який часто вигоряв і постійно розтягувався. Для цього знадобилося зробити багато стебел (було виготовлено майже 100 стебел) і замінити їх, коли вони вийшли з ладу, сказав Річард Десатник, провідний дослідник і аспірант Університету Карнегі-Меллона (CMU).
Було також складно відтворити м’яку м’язову ніжку плевроциститів, оскільки дослідники не могли використовувати звичайні двигуни, які є надто громіздкими та жорсткими. Замість цього знадобилося використовувати спеціальний «штучний м’язовий» дріт, що складається зі сплаву нікелю та титану, який скорочується у відповідь на електричну стимуляцію, додав Кармел Маджіді, старший автор дослідження та професор машинобудування в CMU.
Потім дослідники провели кілька симуляцій, щоб побачити, як Rhombot буде рухатися під водою. Вони виявили, що довше стебло забезпечує кращий рух. Згідно з дослідженням, це узгоджується зі скам’янілостями, які свідчать про еволюцію плевроциститів у напрямку видовження стебел.
Після вивчення симуляції дослідники помістили робота в акваріум розміром приблизно метра на метр з поверхнею дна, схожою на морське дно. Вони провели кілька тестів, кожен з яких тривав дві хвилини, щоб перевірити рух робота.
«Ми продемонстрували, що широка розмашиста хода могла бути найефективнішою для цих голкошкірих і що збільшення довжини стебла могло значно збільшити швидкість з мінімальними додатковими витратами енергії», — зазначають дослідники у своєму дослідженні.
Створення функціональних копій вимерлих стародавніх істот за допомогою палеобіоніки звучить досить цікаво, але що роботи можуть розповісти нам, чого не можуть розповісти викопні рештки?
Маджіді пояснив, що, зосереджуючись лише на роботах, натхненних існуючими видами , вчені можуть втрачати велику можливість дізнатися про біологічні та еволюційні принципи, які керували життям багатьох інших форм життя.
Згідно з оцінками, сучасні живі організми складають лише 1 відсоток усього життя, яке коли-небудь існувало на Землі. «Ми можемо почати вчитися у 99 відсотків видів, які колись бродили по землі, замість лише 1 відсотка. Є багато істот, які були успішними протягом мільйонів років і вимерли через різкі зміни в навколишньому середовищі, сказав Маджіді.
Копії викопних істот у вигляді м’яких роботів дають палеонтологам потужний інструмент для створення експериментальних стендів для вивчення гіпотез про те, як ці стародавні форми життя рухалися та еволюціонували.
