ТехнологииИсточник28 авг.

Понимание слоновьих хоботов может стать прорывом в робототехнике

nk_hauz/Rse_LD47R.jpeg

Слоны - самые большие наземные млекопитающие на Земле, и более глубокое понимание их может привести к невероятно крупным достижениям в науке.

Исследователи, поддерживаемые инновационной программой Европейского Союза Horizon 2020, проводят глубокое исследование хоботов слонов с целью улучшения будущего робототехники, материаловедения и биологии.

Хоботы слонов тонкие и прочные - они способны ухватиться за одну травинку, но при этом могут нести почти 600 фунтов. И ученые утверждают, что эти универсальные стволы, называемые хоботком, являются невероятным источником вдохновения для следующего поколения био-роботов.

«Классические роботы чрезвычайно хороши для выполнения конкретной задачи, для которой они были разработаны ... Если вы хотите, чтобы этот робот делал что-то немного другое, он потерпит неудачу», - сказал Мишель Милинкович, профессор физики биологии в Женевский университет, Швейцария. «Но если посмотреть на живые организмы, они также оптимизированы для универсальности».

В новом исследовании, опубликованном в Current Biology, лаборатория Милинковича объяснила, как слоны могут перемещать хобот с почти бесконечными степенями свободы, сочетая около 20 основных движений для выполнения более сложных маневров.

Используя технологии, заимствованные из киноиндустрии, исследователи из Женевского университета смогли провести анализ захвата движения хоботов слонов с высоким разрешением, когда они брали предметы различной формы и размера.

Команда разместила светоотражающие маркеры вдоль хоботов двух африканских слонов, а затем установила инфракрасные камеры вокруг слонов, чтобы фиксировать их движения и измерять траектории их хоботов в трех измерениях. Процесс похож на то, как актеры с маркерами захвата движения использовались для создания движений персонажей Голлума во «Властелине колец» и Нависа в «Аватаре».

«У слонов есть своего рода набор простых движений, и они могут комбинировать эти простые движения со сложными траекториями», - сказал Милинкович CNN. «Они могут адаптироваться к предмету, который вы им даете».

Слоны используют присоску, чтобы подбирать легкие предметы. Но для того, чтобы поднимать более тяжелые предметы, они используют присасывание, чтобы закрепить положение предметов, и обертывание ствола, чтобы фактически захватывать и поднимать предметы, сказал он. Исследование также показало, что слоны могут образовывать «псевдосуставы» своим хоботом, подобно структуре локтя и запястья человека.

«Есть очень точный контроль над тем, какая часть ствола сокращается», - сказал Милинкович. «Удлиняется и укорачивается не весь хобот, а его части, в зависимости от того, что делает слон».

Исследователи также выполнили компьютерную томографию и МРТ хобота умершего слона и использовали камеры высокого разрешения для создания трехмерной модели хобота, что позволило им лучше понять анатомию групп мышц, кожи и соединительных тканей слона.

От сундуков до техники

Данные исследования будут использованы для разработки инновационной «мягкой» роботизированной руки, которая разрабатывается совместно с исследователями из итальянского Института технологий в Понтедера и Скуолы Супериоре Сант'Анна в Пизе, а также из Еврейского университета в Иерусалиме и 3D полиграфическая компания Photocentric.

«Это новая парадигма робототехники», - сказал Милинкович. «Вместо использования металлических сегментов, соединенных шарнирно, идея состоит в том, чтобы объекты двигались, но были сделаны из гибких материалов».

Ученые говорят, что копирование естественной анатомии было бы невозможным, но они планируют использовать данные о движениях хобота слона, чтобы создать такие же универсальные движения в роботе. Люсия Беккаи, научный координатор поддерживаемого ЕС проекта «Хоботок», сказала CNN, что они планируют получить рабочий прототип примерно через год.

«Данные являются исключительными, но теперь усилия действительно направлены на то, чтобы преобразовать эти биологические данные в некоторые технические спецификации, которые не должны копировать естественный орган», - сказал Беккаи, старший научный сотрудник Istituto Italiano di Tecnologia. «Нам необходимо извлечь некоторые упрощающие принципы, которые могут сделать поведение достаточно простым, чтобы быть эффективным, адаптируемым к изменениям и действенным».

Этот проект также способствует развитию материаловедения, поскольку исследователи разработали новый материал, который имитирует полезные свойства кожи слона и может быть напечатан на 3D-принтере для создания прототипов роботов.

«У вас будет что-то, что может справиться с высокой полезной нагрузкой и небольшой полезной нагрузкой. С промышленной точки зрения это может иметь большое влияние», - сказал Беккаи, добавив, что новые материалы и технологии будут коммерциализированы для широкого спектра применений.

Команда предполагает, что мягкие роботизированные руки, которые они создают, смогут работать на производственных линиях фабрики, использоваться для поисково-спасательных операций или даже использоваться в сфере здравоохранения для подъема и оказания помощи пожилым пациентам.

Повышение осведомленности об охране слонов

Милинкович добавил, что помимо промышленного применения исследований, также важно лучше понимать животных.

«Это также чувство удивления, просто глядя на этих удивительных существ», - сказал Милинкович, отметив, что африканские лесные слоны и слоны африканской саванны являются исчезающими видами.

Слонам угрожает потеря среды обитания, а также браконьерство из-за незаконной торговли слоновой костью. По данным Всемирного фонда дикой природы, ежегодно около 20 000 африканских слонов погибают из-за клыков.

По данным Международного союза охраны природы, за последние три десятилетия популяция африканских лесных слонов сократилась более чем на 86%.

«Мы также надеемся повысить осведомленность о сохранении этого уникального животного», - сказал Беккаи. «Есть множество принципов, которым мы можем научиться у природы, это не только для нашего благополучия и счастья - это действительно невероятный источник инженерных принципов».

💬 Последние комментарии
наблюдатель
“В частности, в случае рака легких, если вы бросите курить, вы резко снизите риск. Курение не так напрямую связано с раком поджелудочной железы, как рак легких, но, безусловно, существует связь», – отметил Кэмпбелл.
наблюдатель
Кому чего... и такое бывает.
Гость
И эти 10 продуктов следует убрать из своего рациона, чтобы не навредить здоровью. Некоторые продукты плохо влияют на здоровье людей.
Гость
И каждому своё в жизни.
наблюдатель
Жизнь прожить - не поле перейти. Знаем и об этом.
гость
Дожили.
Макс
А ведь "население, состоящее из русских, румын, молдаван, греков, цыган, гагаузов, болгар, училось жить отдельно от Киева. Результаты с точки зрения унитарного государственного устройства современной Украины катастрофические" ;. … а неоправданная "украинизация сеет вражду и ненависть между многонациональным населением". … "Украинский язык не является самостоятельным языком и представляет собой наречие составляющее 70% русских, 12%румынских, 12% польских слов. А остальные производные венгерских, австрийских, литовских слов! Украинский не более чем диалект или патуа": (патуа (раtois)обозначает локально ограниченную речь определённых групп населения, главным образом сельского".