Επιστήμη

Οι επιστήμονες εμπνέονται από τις «μάζες σκουληκιών» για να φτιάξουν μαλακά ρομπότ


Το μαύρο σκουλήκι της Καλιφόρνιας (Lumbriculus variegatus) είναι ένα είδος υδρόβιου σκουληκιού, το μήκος του οποίου, δεν ξεπερνά τα 4 εκατοστά. Όταν όμως αυτά τα σκουλήκια απειλούνται από περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως η ξηρασία, «μπλέκονται μεταξύ τους» για να διατηρήσουν την υγρασία και να προστατεύσουν το ένα το άλλο.Αυτά τα σκουλήκια συνεργάζονται για να σχηματίσουν «μάζες» που αλλάζουν σχήμα και που μπορούν να κατευθυνθούν σε πιο άνετα περιβάλλοντα, απλά και μόνο χάρη στις αλληλεπιδράσεις του κάθε σκουληκιού με τους κοντινότερους γείτονές τους.«Διαπιστώσαμε ότι απαιτείται μια πολύ λεπτή ισορροπία», δήλωσε η Chantal Nguyen, μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο Ινστιτούτο BioFrontiers του Πανεπιστημίου του Κολοράντο.Τα ευρήματα της έρευνας θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη μαλακής ρομποτικής τύπου σμήνους με πολλά μικρά, απλά μέρη που συνεργάζονται μεταξύ τους.Μάζες σκουληκιώνΠολλά διαφορετικά είδη σκουληκιών μπλέκονται μαζί για ασφάλεια όταν το περιβάλλον τους γίνεται εχθρικό. Ωστόσο, τα μαύρα σκουλήκια της Καλιφόρνιας μπορούν να μαζευτούν κατά χιλιάδες, και οι προκύπτουσες μάζες φαίνεται να λειτουργούν ανεξάρτητα, σύμφωνα με έρευνα που δημοσιεύθηκε τον Φεβρουάριο στο περιοδικό «Proceedings of the National Academy of Sciences». Η εν λόγω έρευνα διαπίστωσε ότι οι μάζες των μαύρων σκουληκιών συμπεριφέρονται ουσιαστικά όπως ένα μη-νευτώνειο ρευστό, ή ένα ρευστό που αλλάζει πάχος ανάλογα με το μέγεθος της πίεσης που δέχεται. Με άλλα λόγια, ένα σωρό σκουλήκια που προσκολλώνται σφιχτά το ένα στο άλλο συμπεριφέρονται λίγο σαν στερεά, αλλά αν χαλαρώσουν λίγο, είναι σαν υγρό.Η Nguyen συνεργάστηκε με τους ερευνητές του Πανεπιστημίου Georgia Tech Yasemin Ozkan-Aydin και M. Saad Bhamla, οι οποίοι ηγήθηκαν της εν λόγω μελέτης, προκειμένου να μοντελοποιήσουν την κίνηση αυτών των σκουληκιών.Αρχικά, η ερευνητική ομάδα διεξήγαγε πειράματα σε μεμονωμένα σκουλήκια για να δει πώς κινούνται σε διαφορετικές θερμοκρασίες νερού. Αυτό το έκανε για να συγκεντρώσει δεδομένα κίνησης των σκουληκιών από τον πραγματικό κόσμο και να τα εισάγει στο υπολογιστικό της μοντέλο. Σε θερμοκρασία νερού 30 βαθμούς Κελσίου ή χαμηλότερα, τα σκουλήκια απλά εξερευνούσαν το περιβάλλον τους. Συνήθως ακολουθούσαν μια ευθεία γραμμή μέχρι να πέσουν πάνω στον τοίχο του πιάτου μέσα στο οποίο βρίσκονταν, και στη συνέχεια τριγυρνούσαν γύρω από την άκρη του. Σε πάνω από 30 βαθμούς Κελσίου, τα σκουλήκια συσπειρώνονταν και κινούνταν ελάχιστα. Οι θερμοκρασίες άνω των 34 βαθμών Κελσίου αποδείχθηκαν επικίνδυνες -και τελικά θανατηφόρες- για τα ζωντανά σκουλήκια.Στη συνέχεια, οι ερευνητές μελέτησαν πώς αντιδρούσαν οι πραγματικές μάζες σκουληκιών σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Σε χαμηλές θερμοκρασίες (10 C) τα σκουλήκια προσκολλήθηκαν το ένα στο άλλο. Στους 25 βαθμούς Κελσίου, η μάζα χαλάρωσε, αλλά παρέμεινε μαζί. Σε υψηλές θερμοκρασίες κοντά στα όρια της επιβιωσιμότητας, τα σκουλήκια αποκολλήθηκαν γρήγορα σε μεμονωμένες σπείρες.Μοντέλο σκουληκιώνΣτη συνέχεια οι ερευνητές εφάρμοσαν τις αρχές που παρατηρούσαν στα σκουλήκια, σε έξι σκουλήκια-ρομπότ που εκτύπωσαν τρισδιάστατα. Ένα περίβλημα πλέγματος και καρφίτσες βοήθησαν τα ρομπότ να μπλέκονται σαν σκουλήκια, επιτρέποντας στους ερευνητές να δοκιμάσουν διάφορες συλλογικές συμπεριφορές και κινήσεις. Η ομάδα διαπιστώσε ότι μια τέτοια μάζα μπορούσε να αναπαράγει το είδος της κίνησης που παρατηρείται στις πραγματικές μάζες σκουληκιών.Στη συνέχεια, οι ερευνητές μείωσαν την θερμοκρασία στη μία πλευρά του περιβλήματος και προσομοίωσαν ένα μεμονωμένο σκουλήκι. Τότε διαπίστωσαν ότι οι κινήσεις του στις διαφορετικές θερμοκρασίες, το «έφερναν» στη δροσερή πλευρά. Σε πιο δροσερά νερά, το σκουλήκι ίσιωνε και ωθούνταν προς τα εμπρός. Όσο πιο δροσερό ήταν το περίβλημα, τόσο περισσότερο μπορούσε να κινηθεί προς τα εμπρός. Στη συνέχεια, οι ερευνητές προσομοίωσαν μια μάζα σκουληκιών. Διαπίστωσαν ότι και οι μάζες είχαν την τάση να μετακινούνται σε πιο δροσερά νερά. Αλλά για να το κάνουν αυτό, έπρεπε να κινηθούν έτσι ώστε να μη διαλύσουν τη συνοχή τους.Το επόμενο βήμα για τους επιστήμονες, είναι να κάνουν το μοντέλο τρισδιάστατο και να ξεκινήσουν την ανάπτυξη ρομπότ, με βάση τις περίεργες κινήσεις των σκουληκιών. Ο τομέας της ρομποτικής έχει μεγάλο ενδιαφέρον για τα σμήνη ρομπότ, τα οποία είναι μεμονωμένα ρομπότ που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους για να ολοκληρώσουν πιο σύνθετες εργασίες από ό,τι θα μπορούσαν να κάνουν μόνα τους.Υπάρχει επίσης μεγάλο ενδιαφέρον για μαλακά ρομπότ εμπνευσμένα από τη φύση. Χάρη στην ευκαμψία και την ευελιξία τους, η μαλακή ρομποτική είναι μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία για τη βιοϊατρική, δήλωσε η Nguyen. Τα σκουλήκια συνδυάζουν τόσο τη ρομποτική σμήνους όσο και τη μαλακή ρομποτική, πρόσθεσε.Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στις 30 Σεπτεμβρίου στο περιοδικό «Frontiers in Physics».eportal.gr: Live Science


Δημοσιεύτηκε ! 2021-10-16 13:36:59

Back to top button
el Greek
X