Новые «палеороботы» могут пролить свет на эволюцию животных, показав, как некоторые рыбы научились «ходить» по суше

Визуализация Тиктаалик розовыйвымершее водное животное, окаменелости которого проливают свет на эволюцию наземных животных от морских животных миллионы лет назад.

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.

иллюстрация роботов-рыб

Иллюстрации показывают, как крошечные изменения в роботах могут помочь исследователям проверить движения таких видов рыб, как Полиптер сенегальскийсохранившийся африканский бичир.

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».

диаграмма, соединяющая различные области науки и робототехники в круг

На диаграмме показано, как области палеонтологии и биологии дополняются знаниями, полученными с помощью палео- и био-робототехники.

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.