Mudskipper Robot hjælper med at vise, hvordan hvirveldyr udviklede sig til at gå på land

At se en mudskipper klodset gå i gang med sin jordiske virksomhed, du ville blive tilgivet for at antage, at det var dens første dag på planeten. Disse fisk tilbringer meget af deres liv med at sno sig og snurre rundt uden for vandet, trækker vejret gennem deres skind og holder vand i munden og gællekamre. Og selvom deres bevægelser kan se tilfældige og ugudelige ud, mudskippers er behændige nok til at klatre i træer, og har ikke noget problem med at slæbe sig rundt ved deres brystfinner i sand, mudder, eller over slimede klipper. Af disse grunde, de gør store undersøgelsesemner for forskere, der forsøger at finde ud af, hvordan de første hvirveldyr hejste sig op af havet for cirka 360 millioner år siden.

En nylig artikel i tidsskriftet Science undersøger skæringspunktet mellem biologi og fysik og gør et pit stop ved robotik. Derved, forskerne kom med en hypotese for at forklare, hvordan dyr, der var vant til at svømme i de varme devonske oceaner, formåede at krybe rundt på komplekse materialer som sand og mudder, da de foretog strejf på land.

"Vi begyndte at arbejde med nogle problemer for et par år tilbage med, hvordan små klækkende havskildpadder formår at løbe ned ad en strand i flere kropslængder i sekundet, "siger Dan Goldman, en lektor ved Georgia Tech School of Physics. "Det fik mig til at undre mig over, hvor komplicerede bevægelsesapparaterne til de første hvirveldyr -landdyr må have været. Hvilken slags evner kunne de have haft, mens de overgik til en fuldstændig terrestrisk livsstil?"

I løbet af de sidste to årtier har robotter er blevet relativt lette og billige at lave, hvilket betyder, at forskere, der studerer dyrs bevægelse, nu kan lave en fysisk model af et dyr, program i de vigtige aspekter af deres bevægelse, og derefter sætte dem i forskellige scenarier. Til dette projekt, forskergruppen indså mudskipper, et dyr, der tilbringer meget af sit liv på land, men hvis lemmer og vedhæng ikke er de mest sofistikerede til at gå - for at sige det høfligt - var sandsynligvis så tæt som de kunne komme i anatomi og adfærd til de første landhvirveldyr og vores fjerne forfædre.

Forskergruppen observerede levende mudskippers og skabte matematiske og robotiske fysiske modeller for at vurdere, hvordan et tidligt landsmør ville have klaret sig i at bevæge sig i forskellige underlag som grus, sand, eller mudder, som alle kan være vanskelige på hver deres måde - tjek Georgia Tech -videoen øverst i denne artikel, der forklarer hele processen. Baseret på hvad de lærte af mudskippers, de forhistoriske landlubbers stolede sandsynligvis stærkt på halen for at skubbe dem frem, kompensere for eventuelle fejltagelser, de foretog med deres forreste svømmefødder eller finner.

"Biomekaniske modeller udføres normalt på stift underlag, "siger Goldman." Vi argumenterer for, at de tidligste substrater dyrene måtte flytte over sandsynligvis var granulerede eller flydende, som er sværere at manøvrere, især når stigningen stiger. Det interessante, vi fandt i både robotten og de matematiske modeller, er, at, mens det er indlysende mudskippers bruger deres haler til at drive sig selv over land, vi opdagede, at de bruger dem på en meget kontrolleret måde, som hjælper med at slette fejlen, hvis de ikke fladede deres finne på den helt rigtige måde. "

Og, jo da, denne forskning hjælper os med at se på den fjerne fortid for at forstå, hvordan de første landdyr bevægede sig, men det kan også hjælpe os med at bevæge os mod vores fremtid for at bygge robotter, der kan manøvrere ude i verden - eller endda på andre verdener.

"Dette skæringspunkt mellem biologi, robofysik og matematik er nyt og nu endnu mere tilgængeligt, "siger Goldman." Robotter er stadig ret primitive i deres evne til at bevæge sig over kompleks jord. Vi kigger nu på salamanderen, og hvordan tilstedeværelsen af ​​ekstra lemmer og evnen til at bøje ryggen hjælper eller skader på bevægelsesevnen. Dette kan give folk mulighed for at udvikle mere sofistikerede robotter, der kan bevæge sig i mere realistiske miljøer. "

En mudskipper har ikke en rigtig tunge, så for at sluge byttet, de slår mad med en vandstråle ud af dem og suger det hurtigt tilbage.