У них нет ног.
Казалось бы, они не должны уметь карабкаться по вертикальной стене или стоять вертикально, но змеи делают это вопреки логике. Новое исследование раскрывает физические принципы, лежащие в основе этих подъемов без конечностей, и демонстрирует удивительные механизмы того, как мягкие тела генерируют силу против твердых поверхностей.
Постановка задачи
Исследователям нужно было разобраться в этом процессе.
Не просто потому, что увлекательно наблюдать, как питон обвивается вокруг столба, но и потому, что эти данные нужны робототехникам. Если инженеры поймут, как змея распределяет вес и находит точку опоры без суставов, возможно, поисково-спасательный робот сможет сделать то же самое.
Они начали с проблемы биоинженера : как смоделировать что-то настолько эластичное. Змеи — сложные создания. Их мускулы сокращаются, расширяя грудную клетку для захвата поверхности, создавая сцепление там, где его, казалось бы, нет.
Трение решает всё
Гравитация здесь — главный враг. Она бескомпромиссно тянет питона вниз. Чтобы взобраться, змее нужна сила, противостоящая этому тяготению.
Делать ставку нужно не только на хват. Важно позиционировать тело так, чтобы трение брало на себя основную нагрузку.
Команда создала компьютерную модель. Они просчитывали сценарии, меняя угол изгиба тела змеи, изучая взаимодействие между кожей и стеной.
Выяснилось, что змея формирует петли. А точнее — S-образные изгибы. Каждый изгиб действует как маленькая якорная точка.
Уроки для робототехники
Это имеет критическое значение для робототехника.
Постройте жесткого металлического «змея», и он будет проскальзывать. Создайте мягкого робота, способного регулировать давление, и вы получите машину, которая умеет взбираться на деревья, преодолевать завалы и двигаться внутри обрушившихся зданий.
Исследование показало, что тактика важнее, чем грубая сила. Незначительный сдвиг угла, особая стратегия сокращений позволяют змее удерживать вертикальное положение, не соскальзывая вниз.
Это элегантно? Возможно. Полезно? Однозначно да.
Открытые вопросы
Кадры, которые проанализировали ученые, показывают, что змеи делают это постоянно в дикой природе, совершенно не заботясь о учебниках по физике.
Они просто поднимаются.
Мы до сих пор не до конца понимаем, как их нервная система в реальном времени вычисляет нагрузку на каждый сегмент тела. Это запутанный, биологический, несовершенный инженерный механизм.
И, возможно, именно поэтому он вообще работает.
У робота есть попытки и алгоритмы. У змеи — позвоночник и воля.
А остальное все еще висит в воздухе… или, по крайней мере, на стене. 🐍
