Исследователи из EPFL и UNIL обнаружили, что на самом деле существует более быстрый способ передвижения роботов по ровной земле, при условии, что у них нет липких подушечек, используемых насекомыми для лазания по стенам и потолкам. Это предполагает, что разработчикам роботов, вдохновленных насекомыми, следует отказаться от парадигмы походки на треноге и вместо этого рассмотреть другие возможности, включая новую локомоторную стратегию, обозначенную как походка «сошки». Выводы исследователей опубликованы в Nature Communications.Ученые провели множество компьютерных симуляций, тестов на роботах и экспериментов на Drosophila melanogaster — наиболее часто изучаемом насекомом в биологии. «Мы хотели определить, почему насекомые используют походку на штативе, и определить, действительно ли это самый быстрый способ ходьбы для шестиногих животных и роботов», — сказал Паван Рамдия, соруководитель и автор исследования.
Чтобы проверить различные комбинации, исследователи использовали алгоритм, похожий на эволюционный, чтобы оптимизировать скорость ходьбы модели насекомых на основе дрозофилы. Шаг за шагом этот алгоритм перебирал множество различных возможных походок, исключая самые медленные и отбирая самые быстрые.
Клейкие подушечкиПолученные данные проливают новый свет на проблемы как для биологов, так и для инженеров-робототехников. Исследователи обнаружили, что походка штатива у обычных насекомых действительно возникла, когда они оптимизировали свою модель насекомого для лазания по вертикальным поверхностям с прилипанием к кончикам ног.
Напротив, моделирование ходьбы по земле без сцепления ног насекомых показало, что походка сошек, когда только две ноги находятся на земле в любой момент времени, более быстрая и эффективная, хотя в природе насекомые на самом деле так не ходят. «Наши результаты подтверждают идею о том, что насекомые используют походку на штативе, чтобы наиболее эффективно ходить по трехмерным поверхностям, а также потому, что их ноги обладают адгезионными свойствами. Это подтверждает давнюю биологическую гипотезу», — сказал Рамдия. «Поэтому наземные роботы должны освободиться от использования только походки на треноге».Полимерные сапоги
Затем исследователи построили шестиногого робота, способного использовать походку как на штативе, так и на сошках. Походка сошек снова оказалась более быстрой, что подтверждает результаты алгоритмов моделирования.
Наконец, экспериментаторы исследовали настоящих насекомых. Чтобы увидеть, может ли адгезия ног играть роль в координации ходьбы настоящих мух, они нанесли им полимерные капли на лапы и липкие подушечки, как если бы мухи были в ботинках, и наблюдали за происходящим.
Мухи быстро начали использовать координацию ног, похожую на сошку, аналогичную той, которая была обнаружена при моделировании. «Этот результат показывает, что, в отличие от большинства роботов, животные могут адаптироваться, чтобы находить новые способы ходьбы в новых обстоятельствах», — сказал Робин Тандиакал, соавтор исследования. «Существует естественный диалог между робототехникой и биологией: многие дизайнеры роботов вдохновляются природой, и биологи могут использовать роботов, чтобы лучше понимать поведение видов животных. Мы считаем, что наша работа представляет собой важный вклад в изучение передвижения животных и роботов. "
