Τα ρομπότ sidewinder γλιστρούν σαν φίδια

Το 2011, οι αρχαιολόγοι χρειάστηκε να ανακαλύψουν εάν τμήματα αρχαίων αιγυπτιακών σκαφών ήταν κρυμμένα σε επικίνδυνα ασταθή ανθρωπογενή σπήλαια δίπλα στην Ερυθρά Θάλασσα. Ο Howie Choset, ρομποτικός στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon (CMU) στο Πίτσμπουργκ της Πενσυλβάνια, σκέφτηκε ότι είχε την τέλεια λύση. Είχε κατασκευάσει ρομποτικά φίδια, γι' αυτό εξόπλισε ένα με κάμερα και το έστειλε να γλιστράει μέσα από το στενό άνοιγμα της σπηλιάς. Αλλά όταν το ρομπότ μπήκε μέσα, «αντιμετωπίσαμε μια πρόκληση που δεν είχαμε ξαναδεί», θυμάται ο Choset. Το ρομπότ δεν μπόρεσε να ανέβει στην αμμώδη πλαγιά της σπηλιάς και η εξερεύνηση ήταν μια αποτυχία.

Τώρα, ο Choset βρήκε έναν τρόπο να ανέβει σε αυτό το βουνό. Σε συνεργασία με ερευνητές που μελετούν πώς κινούνται τα ζωντανά φίδια, αυτός και οι συνάδελφοί του έχουν καθορίσει τι χρειάζεται για να κάνουν τα ρομπότ φιδιών να ανηφορίζουν, ακόμη και σε ολισθηρές, αμμώδεις πλαγιές. Αυτά τα ερπετά, πραγματικά και ρομποτικά, είναι πλευρικά τυλίγματα—προχωρούν προς τα εμπρός όχι ολισθαίνοντας, αλλά στριμώχνοντας το σώμα τους κάθετα προς την κατεύθυνση του ταξιδιού σε ένα κυματοειδές κύμα σε σχήμα S.

Η κίνηση είναι περίεργη και, υποτίθεται, «αν κοιτάξετε πολύ καιρό σε [ένα πλάγιο] θα τρελαθείτε», λέει ο Daniel Goldman, φυσικός στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Τζόρτζια στην Ατλάντα. Και αυτή η κίνηση θα επιτρέψει σε ένα φίδι να ανηφορίσει. Αλλά για να διατηρήσει την λαβή σε μια κλίση, το φίδι τροποποιεί την κίνησή του για να κρατά περισσότερο από το σώμα του να αγγίζει το έδαφος καθώς κινείται, αναφέρουν ο ίδιος, ο Choset και οι συνάδελφοί τους στο διαδίκτυο σήμερα στο Science .

Αυτές οι γνώσεις θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε ρομπότ που τα καταφέρνουν καλύτερα σε ανώμαλο έδαφος από ρομπότ με τροχούς, όπως ένα ρομπότ του Άρη. «Δεν διαθέτουμε προς το παρόν μηχανές που να μπορούν να σκαρφαλώσουν σε εύθραυστο έδαφος με απότομη κλίση και αυτή η εργασία προτείνει νέους τρόπους για την κατασκευή μηχανών που μπορούν», λέει ο Daniel Koditschek, μηχανικός στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια που δεν ασχολήθηκε με αυτήν την εργασία αλλά αναπτύσσει ρομπότ με πόδια για εξερευνήσεις στην έρημο. "Οι ευκαιρίες και τα οφέλη για τη ρομποτική εδώ είναι σημαντικά."

Η Goldman ειδικεύεται στη μελέτη του τρόπου με τον οποίο τα ζώα καταφέρνουν να κινούνται μέσα από την άμμο και άλλα κοκκώδη υλικά που τείνουν να υποχωρούν. Περίεργοι για τα φίδια, αυτός και ο Hamidreza Marvi, τώρα μεταδιδακτορικός φοιτητής στο CMU, πήγαν στον ζωολογικό κήπο της Ατλάντα, όπου κινηματογράφησαν και ανέλυσαν τις κινήσεις έξι κροταλιών που σκαρφάλωναν σε ένα περίβλημα με κεκλιμένο δάπεδο καλυμμένο με άμμο. Άλλαξαν τη γωνία του δαπέδου με κάθε δοκιμή και παρατήρησαν επίσης αρκετές οχιές, φίδια που δεν είναι πλευρικά κουρδίσματα, που προσπαθούσαν να ανέβουν στην κλίση.

Οι οχιές γλίστρησαν και δεν κατάφεραν να ανέβουν την πλαγιά, ενώ οι πλαγιοκουρδιστές δεν είχαν πρόβλημα, αναφέρουν οι ερευνητές. Καθώς κινείται, ένα πλευρικό κύμα στέλνει ένα οριζόντιο κύμα στο σώμα του. Ταυτόχρονα κυματίζει πάνω-κάτω. Ως αποτέλεσμα, τα μέρη του σώματος στο έδαφος σπρώχνουν μακριά, ενώ οι αερομεταφερόμενοι βρόχοι φτάνουν σε ανοδική κλίση, όπου στη συνέχεια έρχονται σε επαφή για να ωθηθούν. Ο Marvi διαπίστωσε ότι σε επίπεδο έδαφος, ανά πάσα στιγμή οι κροταλιστές έχουν το 25% του σώματός τους σε επαφή με το έδαφος. Αλλά τα φίδια συντονίζουν την κίνησή τους στο έδαφος. Σε μια κλίση 10°, το 40% του σώματος παραμένει σε επαφή με το έδαφος. Αυτό το κλάσμα αυξάνεται στο 45% σε κλίση 30°.

Κατά την προσαρμογή, ένα φίδι πρέπει να ισορροπήσει δύο παράγοντες. Υπερβολική επαφή και το ερπετό δεν μπορεί να σηκώσει τα άλλα μέρη του σώματος αρκετά ψηλά ώστε να φτάσει στην πλαγιά. Πολύ μικρή επαφή και η άμμος υποχωρεί κάτω από το βάρος του φιδιού. "Προφανώς, αυτά τα ζώα βρήκαν ένα γλυκό σημείο", λέει ο Koditschek.

Η ομάδα του Choset προγραμμάτισε το ρομπότ να κινείται με παρόμοιο τρόπο και στη συνέχεια άλλαξε τα κύματα για να αλλάξει πόσο από το σώμα του ρομπότ ήταν σε επαφή με την άμμο κάθε φορά. Επίσης, το έφτιαξε μέσα από την άμμο.

Και προσαρμόζοντας τα δύο κύματα, "μπορούμε να κάνουμε τα ρομπότ φιδιών μας να κάνουν ό,τι δεν μπορεί να κάνει το φίδι", λέει ο Choset, όπως να ανάψουν μια δεκάρα. Αυτά τα χαρακτηριστικά μπορεί να οδηγήσουν σε ρομπότ που μπορούν να περάσουν μέσα από ερείπια σε ζώνες καταστροφής για να βρουν παγιδευμένους ανθρώπους ή που μπορούν να επιθεωρήσουν πυρηνικούς σταθμούς.

«Με έχει συγκλονίσει αυτό το χαρτί», λέει ο Άνταμ Σάμερς, συγκριτικός εμβιομηχανικός στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, Friday Harbor Laboratories, ο οποίος δεν ασχολήθηκε με την εργασία. "Η βιολογία ενημερώνεται από τη μηχανική και το αντίστροφο."

Ο Choset, επίσης, είναι πολύ ευχαριστημένος. Δεν έχει τις απαραίτητες άδειες για να επιστρέψει στις αιγυπτιακές σπηλιές, αλλά τώρα έχει χρησιμοποιήσει το ρομπότ σε μια άλλη αρχαιολογική αποστολή. Εκεί, «τα πήγαμε πολύ καλύτερα», λέει. Τα πράγματα αναζητούν ρομποτικά φίδια.