حرکت با صدها پا و بدون مغز؛ معمایی که روباتیک را متحول میکند
تاریخ انتشار
شنبه ۲۵ بهمن ۱۴۰۴ ساعت ۱۰:۱۶
آیتیمن- وبگاه تِکاِکسپلور در گزارشی آورده است: اگر فکر میکنید زندگی پرمشغلهای دارید، به ستارههای دریایی فکر کنید: موجوداتی که بدون داشتن مغز مرکزی، باید حرکت صدها پای لولهای کوچک خود را در محیطهای پیچیده هماهنگ کنند.
این موجودات برای آزمایشگاه حرکت الهامگرفته از زیستشناسی کانسو در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی، پدیدهای جذاب محسوب میشوند. این آزمایشگاه، متخصص رمزگشایی فیزیک جریان در سامانههای زنده است و معمولاً از این بینشها برای پیشبرد فناوری روباتیک استفاده میکند.
مقاله اخیر این آزمایشگاه که در نشریه مقالات آکادمی ملی علوم آمریکا منتشر شده، نشان میدهد که حرکت ستاره دریایی نه توسط مغز، بلکه با اجرای یک قانون ساده در هر پا کنترل میشود: اگر نیروی کششی زیادی به پا وارد شد (یعنی چسبیدن سخت شد)، رها کن. اگر نیروی کمی وارد شد (یعنی شرایط برای کشیدن مساعد بود)، محکم بگیر و بکِش. این حسگر فشار ساده، کل سامانه هوشمند حرکت غیرمتمرکز را میسازد: هر پای لولهای این قانون را به طور مستقل اجرا میکند و در نتیجه، کل بدن به طور هماهنگ به حرکت درمیآید.
پروفسور ایوا کانسو (Eva Kanso)، مدیر آزمایشگاه، توضیح میدهد: ما همراه زیستشناسان، با استفاده از چاپگر سهبعدی یک ابزار آزمایشگاهی مخصوص شبیه به کولهپشتی برای ستاره دریایی طراحی کردیم. با افزودن و کاهش وزن این کولهپشتی، توانستیم واکنش هر پای ستاره دریایی به بار اضافی را مشاهده و اندازهگیری کنیم.
آنچه پژوهشگران کشف کردند این بود: هر پا به طور مستقل به تغییرات بار واکنش نشان میداد. کانسو میگوید: از ابتدا فرض کردیم که ستارههای دریایی از یک راهبرد کنترل توزیعشده سلسلهمراتبی استفاده میکنند؛ جایی که هر پا بر اساس سرنخهای مکانیکی محلی، تصمیم میگیرد چه زمانی به سطح بچسبد یا جدا شود.
پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیای جنوبی یک مدل ریاضی توسعه دادند که نشان میدهد چگونه قواعد کنترل ساده و محلی، به واسطه مکانیک بدن به هم مرتبط میشوند؛ یعنی وقتی یک پا منقبض میشود و بخشی از بدن را به سمت خود میکِشد، این کشش از طریق بافت انعطافپذیر به پاهای کناری منتقل میشود و نیروی وارد بر آنها را تغییر میدهد و در نهایت کل بدن به صورت هماهنگ حرکت میکند.
این الگوی حرکتی هوشمند، که در آن هر بخش بر اساس وضعیت خودش واکنش نشان میدهد، گزینهای مطلوب برای ساخت روباتهای نرم و چندبخشی است. کاربرد چنین سامانهای بسیار گسترده خواهد بود: از روباتهای جستوجوگر در خشکی و زیردریاییها گرفته تا کاوشگرهای فضایی در سیارات دیگر.
هدف، ساخت روباتهایی است که بتوانند در سطحهای ناهموار، دیوارهای عمودی یا حتی در حالت واژگونی، یعنی در مکانهایی که ارسال فرمان بهصورت مداوم از یک مرکز کنترل یا از سوی انسان ممکن نیست، حرکت کنند.
کانسو میگوید: وقتی انسان روی دستهایش میایستد، بدنش نسبت به حالت عادی وارونه میشود. در یک آزمایش، ستاره دریایی را وارونه کردیم و به پشت برگرداندیم؛ اما برخلاف انسان که در این حالت نیاز به تلاش آگاهانه و تعادل دارد، پاهای لولهای ستاره دریایی به طور خودکار و بدون نیاز به فکرکردن، به حرکت ادامه دادند.
ستاره دریایی به جای یک فرمانده مرکزی، از اطلاعات محلی هر پا استفاده میکند که هرکدام فشار جاذبه را جداگانه احساس میکنند. هماهنگی حرکتی از اتصال مکانیکی پاها به بدن ایجاد میشود؛ وقتی یک پا فشار وارد میکند، این نیرو به دیگر پاها منتقل میشود؛ بنابراین، اگر یک یا چند پا از کار بیفتند، کل سامانه متوقف نمیشود و این به معنای مقاومت بالا و انعطافپذیری چشمگیر است.
این ویژگی برای روباتهای خودکار که ممکن است در محیطهای خشن واژگون شوند، بار خود را از دست بدهند یا ارتباطشان با مرکز کنترل قطع شود، یک مزیت حیاتی محسوب میشود. برخلاف موجودات سریع (مانند حشرات یا ورزشکاران) که برای حرکت به الگوهای ثابت از پیش تعیینشده در مغز متکیاند، ستارههای دریایی با حرکتی آهسته، توانایی سازگاری لحظهای با تغییرات محیط را دارند.
این موجودات برای آزمایشگاه حرکت الهامگرفته از زیستشناسی کانسو در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی، پدیدهای جذاب محسوب میشوند. این آزمایشگاه، متخصص رمزگشایی فیزیک جریان در سامانههای زنده است و معمولاً از این بینشها برای پیشبرد فناوری روباتیک استفاده میکند.
مقاله اخیر این آزمایشگاه که در نشریه مقالات آکادمی ملی علوم آمریکا منتشر شده، نشان میدهد که حرکت ستاره دریایی نه توسط مغز، بلکه با اجرای یک قانون ساده در هر پا کنترل میشود: اگر نیروی کششی زیادی به پا وارد شد (یعنی چسبیدن سخت شد)، رها کن. اگر نیروی کمی وارد شد (یعنی شرایط برای کشیدن مساعد بود)، محکم بگیر و بکِش. این حسگر فشار ساده، کل سامانه هوشمند حرکت غیرمتمرکز را میسازد: هر پای لولهای این قانون را به طور مستقل اجرا میکند و در نتیجه، کل بدن به طور هماهنگ به حرکت درمیآید.
پروفسور ایوا کانسو (Eva Kanso)، مدیر آزمایشگاه، توضیح میدهد: ما همراه زیستشناسان، با استفاده از چاپگر سهبعدی یک ابزار آزمایشگاهی مخصوص شبیه به کولهپشتی برای ستاره دریایی طراحی کردیم. با افزودن و کاهش وزن این کولهپشتی، توانستیم واکنش هر پای ستاره دریایی به بار اضافی را مشاهده و اندازهگیری کنیم.
آنچه پژوهشگران کشف کردند این بود: هر پا به طور مستقل به تغییرات بار واکنش نشان میداد. کانسو میگوید: از ابتدا فرض کردیم که ستارههای دریایی از یک راهبرد کنترل توزیعشده سلسلهمراتبی استفاده میکنند؛ جایی که هر پا بر اساس سرنخهای مکانیکی محلی، تصمیم میگیرد چه زمانی به سطح بچسبد یا جدا شود.
پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیای جنوبی یک مدل ریاضی توسعه دادند که نشان میدهد چگونه قواعد کنترل ساده و محلی، به واسطه مکانیک بدن به هم مرتبط میشوند؛ یعنی وقتی یک پا منقبض میشود و بخشی از بدن را به سمت خود میکِشد، این کشش از طریق بافت انعطافپذیر به پاهای کناری منتقل میشود و نیروی وارد بر آنها را تغییر میدهد و در نهایت کل بدن به صورت هماهنگ حرکت میکند.
این الگوی حرکتی هوشمند، که در آن هر بخش بر اساس وضعیت خودش واکنش نشان میدهد، گزینهای مطلوب برای ساخت روباتهای نرم و چندبخشی است. کاربرد چنین سامانهای بسیار گسترده خواهد بود: از روباتهای جستوجوگر در خشکی و زیردریاییها گرفته تا کاوشگرهای فضایی در سیارات دیگر.
هدف، ساخت روباتهایی است که بتوانند در سطحهای ناهموار، دیوارهای عمودی یا حتی در حالت واژگونی، یعنی در مکانهایی که ارسال فرمان بهصورت مداوم از یک مرکز کنترل یا از سوی انسان ممکن نیست، حرکت کنند.
کانسو میگوید: وقتی انسان روی دستهایش میایستد، بدنش نسبت به حالت عادی وارونه میشود. در یک آزمایش، ستاره دریایی را وارونه کردیم و به پشت برگرداندیم؛ اما برخلاف انسان که در این حالت نیاز به تلاش آگاهانه و تعادل دارد، پاهای لولهای ستاره دریایی به طور خودکار و بدون نیاز به فکرکردن، به حرکت ادامه دادند.
ستاره دریایی به جای یک فرمانده مرکزی، از اطلاعات محلی هر پا استفاده میکند که هرکدام فشار جاذبه را جداگانه احساس میکنند. هماهنگی حرکتی از اتصال مکانیکی پاها به بدن ایجاد میشود؛ وقتی یک پا فشار وارد میکند، این نیرو به دیگر پاها منتقل میشود؛ بنابراین، اگر یک یا چند پا از کار بیفتند، کل سامانه متوقف نمیشود و این به معنای مقاومت بالا و انعطافپذیری چشمگیر است.
این ویژگی برای روباتهای خودکار که ممکن است در محیطهای خشن واژگون شوند، بار خود را از دست بدهند یا ارتباطشان با مرکز کنترل قطع شود، یک مزیت حیاتی محسوب میشود. برخلاف موجودات سریع (مانند حشرات یا ورزشکاران) که برای حرکت به الگوهای ثابت از پیش تعیینشده در مغز متکیاند، ستارههای دریایی با حرکتی آهسته، توانایی سازگاری لحظهای با تغییرات محیط را دارند.
مرجع : ايرنا
