Команда ученых наблюдала за нематодами с помощью высокоскоростных камер и обнаружила, что черви необычно изгибаются, чтобы прыгать — как вперед, так и назад. Эти движения показались исследователям настолько эффективными, что они решили воспроизвести их в виде мягкого прыгающего робота.
Созданное американскими инженерами устройство представляет собой силиконовый стержень длиной около 13 сантиметров с углеродным каркасом внутри. У него нет ни ног, ни колес, но, повторяя движения нематод, он способен прыгать на высоту до 10 футов (примерно 3 метра). Это становится возможным за счет накопления энергии в изгибах конструкции, которая затем мгновенно высвобождается для мощного прыжка.
«Нематоды — потрясающие существа. Их тело тоньше человеческого волоса, у них нет конечностей, но они могут прыгать на расстояние, которое в 20 раз превышает длину их тела», — поясняет соавтор работы, постдокторант Школы химической и биомолекулярной инженерии Санни Кумар. «Возможности этих червей поражают: если переносить их на человека, это все равно что я лег на землю, а потом вдруг подпрыгнул на высоту трехэтажного дома».
Чтобы прыгнуть назад, нематода поднимает голову вверх и сильно сжимает середину тела, создавая своеобразный «излом» — аналог человеческого приседания. При таком положении в теле накапливается упругая энергия, которая при ее высвобождении запускает червя вверх и назад. Для прыжка вперед червь наоборот, вытягивает голову и сгибается в другой части тела. Получается эффект катапульты, который отправляет нематоду вверх и вперед.
«Мы были поражены, насколько точно нематоды управляют направлением прыжка, просто изменяя центр тяжести тела. На микроуровне мы не знаем других организмов, которые могли бы прыгать в обе стороны настолько эффективно», — добавляет Кумар.
Ученые отметили, что изгибы, которые в инженерных системах обычно считаются проблемой, в данном случае работают на пользу. Нематоды используют изгиб как способ накопления энергии, и исследователи решили использовать эту же идею в своем устройстве.
Возможности нового робота можно приспособить для решения самых разных задач. В условиях непредсказуемого ландшафта — среди разрушенных зданий, в горной местности или даже на других планетах — прыгающие роботы могут оказаться эффективнее традиционных, ползающих или едущих конструкций. Уже сейчас разрабатываются машины для спасательных операций и исследовательские аппараты для Луны и Марса, использующие принцип прыжка для перемещения.
«Мы продолжаем изучать, как живые организмы с простыми, но уникальными телами справляются с задачами, которые вызывают сложности у машин, — и стараемся воплотить это в роботах», — заключает Кумар.
Ранее ученые придумали систему обучения роботов при помощи видеороликов.
