Șerpi cu clopoței îndrumă robotul de alpinism pe dune

Vizualizați videoclipul

Șerpii cu clopoței Sidewinder care se învârt pe dunele de nisip se dovedesc a avea un truc de a-și ajusta mișcările curbate, ceea ce îmbunătățește designul robotului și înțelegerea mișcării fără picioare pe nisip.

În testele de laborator pe pante nisipoase, Crotalus cerastes Șerpii au depășit cu ușurință alte 13 tipuri de vipere de groapă și un șarpe robot, spune fizicianul Daniel Goldman de la Institutul de Tehnologie Georgia din Atlanta.

Pe măsură ce un sidewinder alunecă în sus pe pante din ce în ce mai abrupte, nu apasă din ce în ce mai adânc, așa cum ar fi de așteptat. În schimb, sidewinders își minimizează riscul de alunecare prin creșterea proporției corpului lor în contact cu suprafața nisipoasă la orice zbârcire anume, spun Goldman și colegii săi în 10 octombrie. Ştiinţă. Creșterea contactului cu corpul ar putea necesita mai puțină energie decât adâncirea în nisip, spune Goldman.

ROBOT ȘARPE Acest robot a primit câteva ajustări bazate pe studiile șerpilor reali și acum se poate zvârcoli pe o pantă nisipoasă. Nico Zevallos și Chaohui Gong

Provocarea de a deplasa pe nisip nu a atras prea multă atenție științifică, spune roboticianul Auke Ijspeert de la École Polytechnique Fédérale de Lausannein Elveția. Cu toate acestea, nisipul și pietrișul, subliniază el, acoperă suprafețe mari de Pământ.

Împuternicirea roboților să se deplaseze pe nisip alunecos și instabil ar putea extinde raza de acțiune a eforturilor de salvare sau pur și simplu a explorării, spune coautorul studiului Howie Choset de la Universitatea Carnegie Mellon din Pittsburgh. În 2011, unul dintre roboții săi în formă de șarpe, pe nume Elizabeth, s-a alăturat unei expediții arheologice în peșterile de pe coasta Mării Roșii a Egiptului, care dețin rămășițe ale unor nave egiptene antice. Elizabeth s-a zvârcolit într-o peșteră neexplorată, dar a fost împiedicată de o pantă nisipoasă pe care nu a putut să o urce.

Pentru a vedea cum se descurcă sidewinders cu pantele nisipoase, Goldman a apelat la Zoo Atlanta. În loc să aducă animale veninoase în laborator, coautorul Hamidreza Marvi, apoi la Georgia Tech, a construit o pârtie de testare a locomoției cu nisip într-o magazie de la grădina zoologică pentru a filma șerpii cățărându-se în unghiuri. El a construit un sistem de aer pentru a trage particulele de pe pantă înapoi într-o masă care curge lină după ce fiecare șarpe s-a mârâit și chiar a adus 200 de kilograme de nisip din teritoriul șarpelor cu clopoței din Arizona. Pe această dună de înaltă tehnologie, coautorul Joseph Mendelson de la Georgia Tech și Zoo Atlanta a condus o echipă de manipulatori care încearcă să convingă șerpii să urce pante.

Dintre speciile testate, numai sidewinders își folosesc semnătura mișcării foarte curbate în S pentru a urca, crescându-și contactul corpului cu suprafața la aproape jumătate din lungime atunci când panta atingea aproximativ 20 de grade. Douăsprezece dintre celelalte 13 specii nu au reușit să urce pante nisipoase de nici măcar 10 grade. Ei „pur și simplu se frământă și fac jalnic”, spune Goldman. Un alt fel de șarpe cu clopoței și-a mers stângaci în sus, dar nu este un sidewinder.

Analiza videoclipurilor cu șerpi l-a inspirat pe Goldman și pe colegii săi să distileze mișcarea într-un șablon sau într-un concept simplificat care surprinde elementele esențiale. El și colegii săi propun că sidewinding apare din interacțiunea a două mișcări de șarpe sub formă de undă, doar puțin defazată în timp, cu una zvârcolindu-se vertical și cealaltă parte în parte.

„Ideea șablonului este un mod cu adevărat profund de a gândi toate mișcările animalelor”, spune Jake Socha de la Virginia Tech din Blacksburg, care studiază mișcările șerpilor în aer. „Poate și șerpii zburători au nevoie de două valuri de îndoire compensate”, spune el. „Cred că acest lucru va fi util pentru toate tipurile de cercetări privind locomoția la șerpi.”

Perspectivele din test au ajutat cu siguranță versiunea actuală a lui Elizabeth. Cercetătorii și-au testat ideile despre mișcarea șarpelui ajustând robotul, care acum efectuează o pantă acceptabilă cu vânt lateral.

LATERALĂ Șerpii cu clopoței Sidewinder își demonstrează mișcările curbei în S în urcarea pantelor nisipoase pe care alte specii nu le pot. Un robot asemănător unui șarpe folosește un mers similar pentru a cuceri o înclinație. Credit: Maxwell Guberman, H. Marvi, Nico Zevallos și Chaohui Gong, Henry Astley; povestit și produs de Ashley Yeager