Naukowcy z Wydziału Inżynierii Mechanicznej Uniwersytetu Carnegie Mellon, we współpracy z paleontologami z Hiszpanii i Polski, wykorzystali dowody kopalne do skonstruowania miękkiej, automatycznej repliki pleurocystytydy, organizmu morskiego, który istniał prawie 450 milionów lat temu i jest uważany za jeden z pierwsze szkarłupnie zdolne do poruszania się za pomocą muskularnej łodygi.
Wyniki badania, opublikowane dzisiaj w The Proceedings of the National Academy of Science (PNAS), mają na celu poszerzenie współczesnej perspektywy projektowania i ruchu zwierząt poprzez wprowadzenie nowego kierunku studiów – paleobioniki – mającego na celu wykorzystanie softbotyki, robotyki z elastyczną elektroniką i miękkich materiałów, aby zrozumieć czynniki biomechaniczne, które napędzały ewolucję przy użyciu wymarłych organizmów.
„Softbotyka to kolejne podejście do informowania nauki za pomocą miękkich materiałów do konstruowania elastycznych kończyn i przydatków robotów. Wiele podstawowych zasad biologii i natury można w pełni wyjaśnić dopiero, gdy spojrzymy wstecz na ewolucyjny harmonogram ewolucji zwierząt. Budujemy analogi robotów do zbadać, jak zmienił się sposób poruszania się” – powiedziała Carmel Majidi, główna autorka i profesor inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Carnegie Mellon.
Ponieważ czas spędzony przez człowieka na Ziemi stanowi zaledwie 0,007% historii planety, współczesne królestwo zwierząt, które wpływa na zrozumienie ewolucji i inspiruje dzisiejsze systemy mechaniczne, to tylko ułamek wszystkich stworzeń, które istniały w historii.
Wykorzystując dowody kopalne do opracowania projektu oraz kombinację elementów drukowanych w 3D i polimerów w celu naśladowania elastycznej struktury kolumnowej ruchomego wyrostka, zespół wykazał, że pleurocystytydy prawdopodobnie były w stanie poruszać się po dnie morskim za pomocą muskularnej łodygi, która popychała zwierzę do przodu. Pomimo braku współczesnego analogu (od tego czasu szkarłupnie ewoluowały, obejmując współczesne rozgwiazdy i jeżowce), pleurocystytydy wzbudziły zainteresowanie paleontologów ze względu na ich kluczową rolę w ewolucji szkarłupni.
Zespół ustalił, że szerokie, zamaszyste ruchy były prawdopodobnie najskuteczniejszym ruchem i że zwiększenie długości łodygi znacznie zwiększało prędkość zwierząt, nie zmuszając ich do zużywania większej ilości energii.
„Badacze ze społeczności robotyki inspirowanej biologią muszą wybierać ważne cechy, które warto przejąć od organizmów” – wyjaśnił Richard Desatnik, doktorant i współpierwszy autor.
„Zasadniczo musimy wybrać dobre strategie poruszania się, aby nasze roboty mogły się poruszać. Na przykład, czy robot rozgwiazda naprawdę musiałby używać 5 kończyn do poruszania się, czy też moglibyśmy znaleźć lepszą strategię?” dodał Zach Patterson, absolwent CMU i współpierwszy autor.
Teraz, gdy zespół wykazał, że może wykorzystać Softbotics do konstruowania wymarłych organizmów, ma nadzieję zbadać inne zwierzęta, na przykład pierwszy organizm, który potrafił podróżować z morza na ląd – czego nie można badać w ten sam sposób przy użyciu konwencjonalnego robota sprzęt komputerowy.
„Tworzenie nowego życia w coś, co istniało prawie 500 milionów lat temu, samo w sobie jest ekscytujące, ale w tym przełomie naprawdę ekscytuje nas to, jak wiele będziemy mogli się z niego nauczyć” – powiedział Phil LeDuc, współautor, i profesor inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Carnegie Mellon. „Nie patrzymy tylko na skamieniałości w ziemi, staramy się lepiej zrozumieć życie poprzez współpracę ze wspaniałymi paleontologami”.
Dodatkowi współpracownicy to Przemysław Gorzelak z Instytutu Paleobiologii Polskiej Akademii Nauk i Samuel Zamora z Hiszpańskiego Instytutu Geologiczno-Górniczego.