X

Новости

Вчера
2 дня назад
22 июня 2019
21 июня 2019
20 июня 2019
19 июня 2019
Фото: Rob Felt/Georgia Tech
261статья

Утренний канал «Звезды» для тех, кто уже не спит: всё, что нужно знать о сегодняшнем дне в Перми.

Выход на сушу: Роботы для исследования процесса эволюции

Фото: Rob Felt/Georgia Tech

Вопрос о том, как около 360 миллионов лет назад животные перешли из океана на сушу, всё ещё остаётся открытым.

В статье, опубликованной в конце прошлой недели в журнале Science, выдвигается гипотеза, которую некоторые учёные называют «новой»: помогли хвосты.

Учёные использовали роботехнику, математические модели и несколько живых илистых прыгунов (рыб, которые больше напоминают земноводных) для исследования особенностей движения в различных условиях, в том числе на плоских песчаных местностях и подъёмах, имитирующих склоны, которые нужно преодолевать животным для выхода на сушу. В ходе эксперимента прыгуны, которые могут перемещаться по земле, используя плавники и хвосты, замещали первых наземных позвоночных, существ с четырьмя конечностями, возможно произошедших от рыб, вышедших на сушу во время позднего девонского периода.

Эксперимент показал, что движения хвоста играют роль «амортизатора», который гасит нежелательные движения плавников, особенно во время подъёмов на склоны. Чем больше «земля», спроектированная с использованием сухого песка, была наклонена, тем сильнее прыгуны и роботы, имитирующие рыб, полагались на хвосты, для устойчивости и продвижения вперед. Кроме того, хвосты помогали им делать более длинные «шаги».

Дэниэл Голдман, ведущий автор исследования, профессор физики в Технологическом институте Джорджии:

«Это важное исследование, оно позволяет нам представить, что, будучи на суше, ранние животные были не так уж хороши в использовании конечностей. Они совсем не похожи на газелей, их движения выглядят скорее как небольшие отжимания».

Исследование является частью растущего поля работ, которые объединяют биологию и использование недорогих роботов для изучения сложной физики движений. По словам Голдмана, несколько лет назад деятельность его команды, экспериментирующей с роботами, была бы невозможна, потому что детали для робо-прыгуна были слишком дорогостоящими. Сегодня у учёных есть доступ к 3D-печати, дешёвые чипы и датчики. Робот, которого использовала команда, стоил менее $500.

Джон Хатчинсон, профессор эволюционной биомеханики в Королевском ветеринарном колледже Лондонского университета, не участвовавший в исследовании:

«Это действительно круто... Самое важное в этом исследовании — информация. Всё проверяется довольно строгими и современными методами».

Малкольм Макивер, роботехник и биомедицинский инженер в лаборатории нейробиологии и роботехники Северо-Зпадного университета, также не вовлечённый в исследование учёный, называет его «потрясающим». Он говорит, что роботы, вдохновением для создания которых послужила биология, способны помочь учёным в исследовании неизвестных концепций так, как не позволяет использование более традиционных математических моделей и симуляторов. Другое исследование, опубликованное в Science в четверг, описывает работу робо-ската, смоделированного на основе реального животного.

Новое исследование, опубликованное в Science, использует только прыгунов, в качестве модели того, как могли выглядеть движения ранних животных во время перехода из воды на сушу. Однако другая превалирующая теория, говорит о том, что ранние четвероногие двигались как саламандры, которые чередуют конечности во время ходьбы. Какую роль может играть хвост в ходьбе в «стиле саламандры» остается неизвестным. Доктор Хатчинсон отмечает:

«Они не протестировали последний кусок головоломки».

По словам Ангелы Хорнер, эксперта по движению четвероногих (Университет штата Калифорния в Сан-Бернардино), у двоякодышащих рыб другая модель организма, их анатомия наиболее близко повторяет анатомию первых существ вышедших на сушу, при этом «хвост, вероятно, мало используется при наземном перемещении».

Кроме того, исследователи не использовали сырые поверхности, которые более близко напоминают особенности береговой линии, потому что воспроизведение одних и тех же слякотных условий было бы проблематично.