Создатели роботов переплюнули природу

О своей разработке ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны рассказали на страницах журнала Nature Communications.

Как правило, создатели роботов черпают вдохновение в животном мире, причем особенно часто в роли образцов для подражания выступают насекомые. Так, недавно были созданы робот-муха, робот-водомерка, а также робот-термит. Однако авторы статьи показали – слепо копировать природу имеет смысл далеко не всегда.

В ходе исследования ученые попытались выяснить, какой способ передвижения наиболее эффективен для шестиногих роботов. Насекомые, их природные прототипы, в каждый момент используют три точки опоры: бегущая муха или жук опирается на субстрат двумя ногами с одной стороны тела, и одной ногой – с другой. Потом насекомое опускает на землю другие три конечности и делает шаг вперед.

Чтобы понять, нельзя ли быстрее двигаться на шести ногах, чем это делают насекомые, исследователи создали компьютерную модель мушки дрозофилы. Затем они устроили ей виртуальную эволюцию, варьируя различные параметры походки: естественный отбор отбраковывал самых медленных мушек, оставляя лишь тех, чья походка способствует максимальной скорости.

Выяснилось, что бег с опорой на три ноги эффективен лишь в том случае, если лапки насекомого обладают адгезивными свойствами, то есть способны «приклеиваться» к поверхности. Именно это помогает мухам бегать по вертикальным плоскостям, таким как оконное стекло. Если же конечности не могут прилепляться, то быстрее и проще бегать с опорой на две точки, по очереди опуская на землю по одной конечности с каждой стороны.

Чтобы проверить этот вывод, исследователи снабдили мух своеобразными полимерными башмачками, которые лишили их лапки адгезивных свойств. Оказалось, что муха в таких башмачках стала бегать с опорой на две точки – в точности как предсказывала модель. Всё это позволило швейцарцам разработать улучшенный алгоритм для передвижения шестиногих роботов – в будушем они могут найти применение, например, при освоении Марса и других планет.