Переход из воды на сушу — одно из самых значимых событий в истории жизни на Земле. Теперь команда робототехников, палеонтологов и биологов использует роботов для изучения того, как предки современных наземных животных перешли от плавания к ходьбе около 390 миллионов лет назад.
В статье, опубликованной в журнале Science Robotics, исследовательская группа под руководством Кембриджского университета описывает, как «палеоробототехника» может стать ценным экспериментальным подходом к изучению того, как грудные и брюшные плавники древних рыб эволюционировали для поддержки веса на суше.
«Поскольку ископаемых свидетельств мало, у нас есть неполная картина того, как древняя жизнь перешла на сушу», — сказал ведущий автор доктор Майкл Ишида из инженерного факультета Кембриджа. «Палеонтологи изучают древние окаменелости в поисках подсказок о структуре тазобедренных и тазовых суставов, но есть пределы тому, что мы можем узнать только из ископаемых. Вот где могут появиться роботы, помогающие нам заполнить пробелы в исследованиях, особенно при изучении крупных изменений в том, как двигались позвоночные».
Ишида является членом Лаборатории био-вдохновленной робототехники Кембриджа , которой руководит профессор Фумия Иида, старший автор статьи. Команда разрабатывает энергоэффективных роботов для различных приложений, черпая вдохновение в эффективных способах передвижения животных и людей.
При финансовой поддержке программы Human Frontier Science Program команда разрабатывает роботов, вдохновленных палео, частично черпая вдохновение из современных «ходячих рыб», таких как илистые прыгуны, и из окаменелостей вымерших рыб. «В лаборатории мы не можем заставить живую рыбу ходить по-другому, и мы, конечно, не можем заставить ископаемое двигаться, поэтому мы используем роботов для моделирования их анатомии и поведения», — сказал Ишида.
Команда создает роботизированные аналоги древних скелетов рыб, оснащенные механическими суставами, имитирующими мышцы и связки. После завершения команда проведет эксперименты на этих роботах, чтобы определить, как могли передвигаться эти древние существа.
«Мы хотим знать такие вещи, как сколько энергии требовалось для разных моделей ходьбы или какие движения были наиболее эффективными», — сказал Ишида. «Эти данные могут помочь подтвердить или оспорить существующие теории о том, как эволюционировали эти ранние животные».
Одной из самых больших проблем в этой области является отсутствие полных ископаемых записей. Многие из древних видов этого периода истории Земли известны только по частичным скелетам, что затрудняет реконструкцию их полного диапазона движений.
«В некоторых случаях мы просто догадываемся, как соединялись или функционировали определенные кости», — сказал Ишида. «Вот почему роботы так полезны — они помогают нам подтвердить эти догадки и предоставить новые доказательства, чтобы поддержать или опровергнуть их».
Хотя роботы обычно используются для изучения движения живых животных, очень немногие исследовательские группы используют их для изучения вымерших видов. «Такого рода работой занимаются лишь немногие группы», — сказал Ишида. «Но мы думаем, что это естественно — роботы могут предоставить информацию о древних животных, которую мы просто не можем получить только из ископаемых или современных видов».
Команда надеется, что их работа вдохновит других исследователей на изучение потенциала робототехники для изучения биомеханики давно вымерших животных. «Мы пытаемся замкнуть петлю между ископаемыми свидетельствами и реальной механикой», — сказал Ишида. «Компьютерные модели, очевидно, невероятно важны в этой области исследований, но поскольку роботы взаимодействуют с реальным миром, они могут помочь нам проверить теории о том, как двигались эти существа, и, возможно, даже почему они двигались именно так».
В настоящее время команда находится на ранних стадиях создания своих палео-роботов, но они надеются получить некоторые результаты в течение следующего года. Исследователи говорят, что надеются, что их модели роботов не только углубят понимание эволюционной биологии, но и могут открыть новые пути сотрудничества между инженерами и исследователями в других областях.
