У них немає ніг.
Здавалося б, вони не повинні вміти дертися по вертикальній стіні або стояти вертикально, але змії роблять це всупереч логіці. Нове дослідження розкриває фізичні принципи, що лежать в основі цих підйомів без кінцівок, та демонструє дивовижні механізми того, як м’які тіла генерують силу проти твердих поверхонь.
Постановка задачі
Дослідникам потрібно було розібратися у цьому процесі.
Не просто тому, що цікаво спостерігати, як пітон обвивається навколо стовпа, а й тому, що ці дані потрібні робототехнікам. Якщо інженери зрозуміють, як змія розподіляє вагу і знаходить точку опори без суглобів, можливо пошуково-рятувальний робот зможе зробити те саме.
Вони почали з проблеми біоінженера : як змоделювати щось настільки еластичне. Змії – складні створіння. Їхні м’язи скорочуються, розширюючи грудну клітку для захоплення поверхні, створюючи зчеплення там, де його, здавалося б, немає.
Тертя вирішує все
Гравітація тут – головний ворог. Вона безкомпромісно тягне пітона вниз. Щоб піднятися, змії потрібна сила, що протистоїть цьому тяжінню.
Робити ставку потрібно як на хват. Важливо позиціонувати тіло так, щоб тертя брало на себе основне навантаження.
Команда створила комп’ютерну модель. Вони прораховували сценарії, змінюючи кут вигину тіла змії, вивчаючи взаємодію між шкірою та стіною.
З’ясувалося, що змія формує петлі. А точніше – S-подібні вигини. Кожен вигин діє як невелика якірна точка.
Уроки для робототехніки
Це має критичне значення для робототехніка.
Побудуйте жорсткого металевого «змія», і він прослизатиме. Створіть м’якого робота, здатного регулювати тиск, і ви отримаєте машину, яка вміє підніматися на дерева, долати завали і рухатися всередині будівель, що обрушилися.
Дослідження показало, що тактика важливіше, ніж груба сила. Незначний зсув кута, особлива стратегія скорочень дозволяють змії утримувати вертикальне положення, не зісковзуючи вниз.
Це елегантно? Можливо. Корисно? Однозначно так.
Відкриті питання
Кадри, які проаналізували вчені, показують, що змії роблять це постійно в дикій природі, зовсім не переймаючись підручниками з фізики.
Вони просто піднімаються.
Ми досі не до кінця розуміємо, як їхня нервова система в реальному часі обчислює навантаження на кожен сегмент тіла. Це заплутаний, біологічний, недосконалий інженерний механізм.
І, можливо, саме тому вона взагалі працює.
У робота є спроби та алгоритми. У змії – хребет та воля.
А решта все ще висить у повітрі… або принаймні на стіні. 🐍
