Naukowcy opracowują roboty inspirowane starożytnymi rybami, aby badać przejście wody w ląd około 390 milionów lat temu.
Odtwarzając anatomię i ruchy wymarłych gatunekmają nadzieję przezwyciężyć ograniczenia dowodów kopalnych i przetestować teorie dotyczące wczesnego poruszania się kręgowców. Podejście to ma na celu dostarczenie nowego spojrzenia na ewolucję chodzenia.
Badanie przejścia z wody na ląd
Przejście z wody na ląd stanowi jeden z najważniejszych kamieni milowych w historii Ziemi. Obecnie zespół robotyków, paleontologów i biologów używa robotów do zbadania, w jaki sposób przodkowie współczesnych zwierząt lądowych przeszli z pływania na chodzenie około 390 milionów lat temu.
W badaniu opublikowanym dzisiaj (23 października) w Nauka Robotykanaukowcy z Uniwersytetu w Cambridge wyjaśniają, w jaki sposób „robotyka inspirowana paleo” oferuje obiecujący sposób badania ewolucji płetw piersiowych i brzusznych starożytnych ryb, dzięki którym mogły wytrzymać ciężar na lądzie.
„Ponieważ dowody kopalne są ograniczone, mamy niepełny obraz tego, jak starożytne życie przedostało się na ląd” – powiedział główny autor, dr Michael Ishida z Wydziału Inżynierii Cambridge. „Paleontolodzy badają starożytne skamieniałości w poszukiwaniu wskazówek na temat struktury stawów biodrowych i miednicy, ale istnieją ograniczenia w zakresie tego, czego możemy się dowiedzieć na podstawie samych skamieniałości. W tym miejscu mogą pomóc roboty, które pomogą nam wypełnić luki w badaniach, szczególnie jeśli chodzi o badanie głównych zmian w sposobie kręgowce wzruszony.”
Wypełnianie luki między skamieniałościami a ruchem
Ishida jest członkiem Cambridge Laboratorium Robotyki Inspirowanej Biotechnologiąpod przewodnictwem profesora Fumiyi Iidy, głównego autora artykułu. Zespół opracowuje energooszczędne roboty do różnych zastosowań, które czerpią inspirację z wydajnych sposobów poruszania się zwierząt i ludzi.
Dzięki funduszom z programu Human Frontier Science Program zespół opracowuje roboty inspirowane paleo, częściowo czerpiąc inspirację ze współczesnych „chodzących ryb”, takich jak poskoki błotne, oraz ze skamieniałości wymarłych ryb. „W laboratorium nie możemy sprawić, że żywa ryba będzie chodzić inaczej, a już na pewno nie możemy zmusić skamieniałości do poruszania się, dlatego używamy robotów do symulacji ich anatomii i zachowania” – powiedział Ishida.
Robotyka: okno na życie starożytne
Zespół tworzy robotyczne analogi starożytnych szkieletów ryb, wyposażone w mechaniczne stawy naśladujące mięśnie i więzadła. Po ukończeniu zespół przeprowadzi eksperymenty na tych robotach, aby ustalić, w jaki sposób te starożytne stworzenia mogły się poruszać.
„Chcemy wiedzieć, ile energii wymagałoby różne wzorce chodzenia lub które ruchy były najbardziej efektywne” – powiedziała Ishida. „Te dane mogą pomóc potwierdzić lub podważyć istniejące teorie na temat ewolucji tych wczesnych zwierząt”.
Wyzwania w badaniach paleo-robotycznych
Jednym z największych wyzwań w tej dziedzinie jest brak kompleksowych zapisów kopalnych. Wiele starożytnych gatunków z tego okresu historii Ziemi znanych jest jedynie z częściowych szkieletów, co utrudnia odtworzenie pełnego zakresu ich ruchu.
„W niektórych przypadkach po prostu zgadujemy, jak łączą się i funkcjonują określone kości” – stwierdziła Ishida. „Dlatego roboty są tak przydatne — pomagają nam potwierdzić te domysły i dostarczają nowych dowodów na ich poparcie lub obalenie”.
Przyszłe kierunki paleontologii robotycznej
Choć roboty są powszechnie wykorzystywane do badania ruchu żywych zwierząt, bardzo niewiele grup badawczych wykorzystuje je do badania wymarłych gatunków. „Tylko kilka grup zajmuje się tego rodzaju pracą” – stwierdziła Ishida. „Ale uważamy, że jest to naturalne dopasowanie – roboty mogą zapewnić wgląd w starożytne zwierzęta, którego po prostu nie możemy uzyskać na podstawie samych skamieniałości lub współczesnych gatunków”.
Zespół ma nadzieję, że ich praca zachęci innych badaczy do zbadania potencjału robotyki w badaniu biomechaniki dawno wymarłych zwierząt. „Próbujemy zamknąć pętlę między dowodami kopalnymi a mechaniką świata rzeczywistego” – powiedział Ishida. „Modele komputerowe są oczywiście niezwykle ważne w tej dziedzinie badań, ale ponieważ roboty wchodzą w interakcję ze światem rzeczywistym, mogą nam pomóc w testowaniu teorii na temat tego, jak te stworzenia się poruszały, a może nawet dlaczego poruszały się w ten sposób”.
Zespół jest obecnie na wczesnym etapie budowania paleorobotów, ale ma nadzieję uzyskać pewne rezultaty w ciągu przyszłego roku. Naukowcy wyrażają nadzieję, że ich modele robotów nie tylko pogłębią zrozumienie biologii ewolucyjnej, ale mogą także otworzyć nowe możliwości współpracy między inżynierami i badaczami z innych dziedzin.
Odniesienie: „Robotyka inspirowana paleo jako eksperymentalne podejście do historii życia” 23 października 2024 r., Nauka Robotyka.
DOI: 10.1126/scirobotics.adn1125
Badania były wspierane przez program Human Frontier Science Program. Fumiya Iida jest członkiem Corpus Christi College w Cambridge. Michael Ishida, pracownik naukowy podoktorski w Gonville and Caius College w Cambridge.
