Onderzoekers brengen een lang uitgestorven fossiel wezen tot leven als robot

Toen wetenschappers en ingenieurs tot nu toe zachte robots ontwikkelden die waren geïnspireerd door levende organismen, concentreerden ze zich op levende, hedendaagse voorbeelden. We rapporteerden bijvoorbeeld eerder over toepassingen van zachte robotica die inktvissen, sprinkhanen en cheeta's nabootsen. Voor het eerst heeft een team van onderzoekers nu echter de principes van zachte robotica en paleontologie gecombineerd om een ​​zachte robotversie te bouwen van een pleurocystide, een oud zeedier dat 450 miljoen jaar geleden bestond.

Pleurocystiden zijn verwant aan moderne stekelhuidigen zoals zeesterren en slangsterren. Het organisme is van groot belang in de evolutie, omdat men denkt dat dit zo is De eerste stekelhuidigen Hij kon bewegen: hij gebruikte een gespierde slurf om over de zeebodem te bewegen. Maar door een gebrek aan fossiel bewijsmateriaal hebben wetenschappers… Begreep het niet duidelijk Hoe gebruikte het organisme de stam om onder water te bewegen? “Hoewel de levensgewoonten en houding van de stekelhuidigen redelijk goed worden begrepen, zijn de mechanismen die de rompbewegingen controleren zeer controversieel”, zeggen de auteurs van een eerder gepubliceerde studie over de romp van stekelhuidigen. Let op.

De nieuw ontwikkelde zachte robotreplica (ook wel een “ruit” genoemd) van een stekelhuidige stekelhuidige heeft het onderzoekers mogelijk gemaakt de beweging van het organisme en verschillende andere mysteries die verband houden met de evolutie van stekelhuidigen te ontcijferen. In hun onderzoek beweren ze ook dat de replica zal dienen als basis voor de paleontologie, een relatief nieuw vakgebied dat zachte robotica en fossiel bewijsmateriaal gebruikt om biomechanische verschillen tussen levensvormen te onderzoeken.

Maak een replica van de zachte robot

Er zijn veel redenen waarom wetenschappers niet proberen een zachte robotversie te maken van zoiets uitgestorven en zo oud als pleuritis. Het is moeilijk te begrijpen hoe een organisme beweegt, omdat er geen moderne tegenhanger bestaat. Bovendien biedt fossiel bewijsmateriaal slechts beperkte informatie over hoe een organisme zich bewoog. Hoewel sommige onderzoekers bijvoorbeeld suggereren dat pleurocytenbacteriën zwemmen, Anderen argumenteren Ze vertoonden roei- of sinusoïdale bewegingen.

Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, werkten de onderzoekers samen met paleontologen die gespecialiseerd zijn in stekelhuidigen. Ze verzamelden fossiele beelden, CT-scans en al het andere bewijsmateriaal dat ze konden vinden en gebruikten deze gegevens vervolgens om het lichaam en de stam van de pleurazak te ontwerpen. Vervolgens gebruikten ze elastomeergieten en 3D-printen om de verschillende onderdelen van de robot te bouwen op basis van het ontwerp.

Toen ze probeerden de robot te laten bewegen met behulp van de romp (als een echt ledemaat), stonden ze voor een andere uitdaging. “De zachte actuator maakt gebruik van nitinoldraad, een vormgeheugenlegering (SMA) die vaak doorbrandt en permanent uitgerekt raakt. Hiervoor moeten verschillende stelen worden gemaakt (er zijn er ongeveer 100 gemaakt) en vervangen als ze slecht zijn.

Het was ook moeilijk om de zachte, gespierde torso van de pleuritisbacterie na te bootsen, omdat de onderzoekers geen conventionele actuatoren konden gebruiken, die te omvangrijk en te stijf zijn. “In plaats daarvan moesten we een speciale 'kunstmatige spier'-draad gebruiken, bestaande uit een nikkel-titaniumlegering die samentrekt als reactie op elektrische stimulatie. Hierdoor konden we een torso-achtige motor creëren”, aldus Carmel Majidi, senior auteur van het onderzoek. en hoogleraar werktuigbouwkunde aan de Carnegie Mellon Universiteit.”Het komt overeen met de flexibiliteit van een natuurlijke, gespierde romp.”

De onderzoekers voerden vervolgens enkele simulaties uit om te zien hoe de ruit waarschijnlijk onder water zou bewegen. Ze ontdekten dat een langere torso tot betere bewegingen leidde. Volgens de studie kwam dit overeen met fossiel bewijs dat de evolutie van langere benen in het borstvlies in de loop van de tijd suggereert.

Na bestudering van de simulaties plaatsten de onderzoekers de robot in een aquarium van 42 bij 42 inch met een bodemoppervlak vergelijkbaar met de zeebodem. Ze voerden meerdere tests uit, die elk twee minuten duurden, om de beweging van de robot te onderzoeken. “We laten zien dat een brede, vegende gang het meest efficiënt kan zijn voor deze stekelhuidigen, en dat het vergroten van de romplengte kan hebben geresulteerd in een aanzienlijke toename van de snelheid met minimale extra energiekosten.” Let op In hun studies.

Studie van uitgestorven dieren

Het maken van exacte kopieën van oude, uitgestorven wezens met behulp van paleontologie klinkt interessant, maar wat kunnen robots ons vertellen dat het fossielenbestand niet kan? Toen we deze vraag aan Majidi voorlegden, legde hij uit dat wetenschappers, door zich alleen te concentreren op robots die zijn geïnspireerd door bestaande soorten, een geweldige kans kunnen missen om de biologische en evolutionaire principes te leren kennen die de levens van veel andere levensvormen bepalen.

Volgens één schatting omvat het bijvoorbeeld ook moderne organismen Slechts 1 procent Van alle levensvormen die ooit op aarde hebben bestaan. “We kunnen beginnen te leren van de 99 procent van de soorten die ooit op aarde rondzwierven, in plaats van slechts 1 procent. Er zijn veel wezens die miljoenen jaren succesvol waren en die zijn uitgestorven vanwege drastische veranderingen in hun omgeving”, vertelde Majidi. Ars Technica.

Zachte robotreplica's van dergelijke wezens bieden paleontologen een krachtig hulpmiddel om experimentele testplatforms te creëren voor het onderzoeken van hypothesen over hoe deze oude levensvormen zich bewogen en evolueerden.

De huidige studie toont met succes aan dat zachte robots kunnen worden gebruikt om uitgestorven organismen ‘tot leven te wekken’ en hun voortbeweging en biomechanica te bestuderen. “Dit is nog niet eerder gedaan binnen de zachte robotica-gemeenschap, en we hopen dat het zal inspireren tot meer onderzoek op dit gebied”, voegde Desatnick eraan toe.

PNAS, 2023. DOI: 10.1073/pnas.2306580120 (Over digitale ID's)

Rupendra Brahambhatt is een ervaren journalist en filmmaker. Hij brengt nieuws over wetenschap en cultuur, en de afgelopen vijf jaar heeft hij actief samengewerkt met enkele van de meest innovatieve persbureaus, tijdschriften en mediamerken die in verschillende delen van de wereld actief zijn.