Жизнь на Земле зародилась в океанах. Однако примерно 390 миллионов лет назад предки современных наземных животных вышли из воды, сменив плавники на конечности и жабры на легкие. Это был решающий переход в эволюции всех существ, включая людей, которые сегодня обитают на планете.
Теперь команда робототехников, палеонтологов и биологов использует роботов, вдохновленных как живыми, так и вымершими животными, чтобы пролить свет на эту и другие ключевые эволюционные трансформации. Они подробно рассказали о своей работе в обзорной статье, опубликованной в журнале. Научная робототехника на прошлой неделе.
«Создание робота… мы надеемся, даст нам некоторое представление о том, какое эволюционное давление или какая механика начала заставлять рыб развивать различные анатомии, которые были бы полезны на суше», — соавтор статьи Майкл Исида , робототехник из лаборатории биологической робототехники Кембриджского университета в Англии, рассказывает ХранительНикола Дэвис.
Ископаемые свидетельства перехода из воды на сушу ограничены, и они не позволяют исследователям проверить движение тазобедренных и тазовых суставов — частей тела, которые имеют решающее значение для движения позвоночных животных. Итак, команда пытается заполнить эти пробелы в знаниях, создавая энергоэффективных роботов-рыб с механическими суставами, мышцами и связками. Их машины вдохновлены анатомией существующих «ходячих рыб», таких как илистые прыгуны, а также окаменелостями вымерших видов рыб.
Исследователи хотят понять, сколько энергии требуется существам, чтобы ходить определенным образом, с целью точно определить, какие движения были бы наиболее эффективными и, таким образом, могли бы проложить путь к эволюции морских животных, чтобы ходить по суше.
«В лаборатории мы не можем заставить живую рыбу ходить по-другому, и мы, конечно, не можем заставить двигаться ископаемое, поэтому мы используем роботов для моделирования их анатомии и поведения», — говорит Исида в заявлении Университета. Кембриджа.
Первым шагом в создании роботов, вдохновленных палео, является понимание анатомии вымершего животного, в том числе того, как работали его суставы и как соединяются мышцы и кости, пишет Пол Смаглик для журнала. Обнаружить журнал. Затем команда сопоставляет вымершее животное с близким живым родственником и использует методы видео и компьютерного зрения, чтобы перевести движения современного животного в математические представления.
Наконец, они объединили знания вымерших и живых видов, чтобы построить простого робота, который использует такие детали, как стержни, пружины и амортизаторы, вместо костей, плоти и хрящей.
«В некоторых случаях мы просто догадываемся, как определенные кости соединяются или функционируют», — говорит Исида в своем заявлении. «Вот почему роботы так полезны: они помогают нам подтвердить эти предположения и предоставить новые доказательства, подтверждающие или опровергающие их».
Для тех, кто задается вопросом, почему ученые не будут просто использовать компьютерное моделирование, они объясняют это тем, что роботов можно разместить в реальной среде с такими ландшафтами, как песок или грязь, которые было бы сложно смоделировать в модели, согласно Хранитель. Затем команда сможет подвергнуть роботов экспериментам, чтобы понять эволюционное давление и преимущества.
«Робототехники могут проверить последствия миллионов лет эволюции за один день», — объясняет Исида Обнаружить. Ученые также могут внести небольшие изменения в код или напечатать новую часть робота за считанные минуты — изменения, которые у реального животного заняли бы тысячелетия.
«Было бы завораживающе построить робота, который бы, скажем, понимал, как ходили и двигались гигантские динозавры. Но что меня особенно волнует, так это потенциал использования роботов для изучения основных эволюционных переходов», — рассказывает Стив Брусатте, палеонтолог из Эдинбургского университета, который не участвовал в подготовке отчета. Хранитель. «Эти роботы могут помочь нам проверить гипотезы об истории жизни».
Команда все еще находится на ранних стадиях создания роботов, и помимо перехода из воды на сушу они также надеются в конечном итоге изучить эволюцию полета и то, как некоторые животные перешли к ходьбе на двух ногах.
Однако они не просто смотрят в прошлое. Подобные роботы могли бы дать представление об эволюционных изменениях, которые происходят с животными сегодня – в результате таких факторов, как деятельность человека и изменение климата – и представить, как виды будут выглядеть в будущем.