Роботы, вдохновленные угрями: исследование раскрывает, как амфибии преодолевают сложный рельеф

Международная команда исследователей разработала инновационную модель, объясняющую, как удлиненные амфибийные животные, такие как угри, координируют движение в воде и на суше. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Коллаборация, поддержанная программой Human Frontier Science Program, объединила ученых из лаборатории BioRob в EPFL (Швейцария), лаборатории Ишигуро в Университете Тохоку (Япония) и лаборатории Стенден в Университете Оттавы.

Биологическую сторону исследования возглавила Эмили Стенден, доцент факультета естественных наук Университета Оттавы. «Наше исследование представляет новую модель для объяснения контроля локомоции у удлиненных амфибийных животных. Мы стремимся углубить понимание нейромоторных систем контроля, используемых животными, которые могут адаптировать свои движения к водной и наземной средам».

Работа, продолжавшаяся несколько лет, включала комплексный подход: моделирование в Университете Тохоку, тестирование в робототехнике в EPFL и наблюдение за животными в Университете Оттавы.

«В моей лаборатории мы наблюдали за угрями, чтобы лучше понять их системы моторного контроля и увидеть, как сигналы мозга, локальные спинальные генераторы паттернов и системы сенсорной обратной связи влияют на волнообразную локомоцию. Используя угрей в качестве живой модели, мы смогли направлять симуляционные и робототехнические модели биологическими данными», — объясняет профессор Стенден.

Модели в этом исследовании показывают, что базовые компоненты моторной системы, такие как координация в нервной системе, а также обратная связь по давлению и растяжению, позволяют осуществлять избыточную координацию во время плавания. Эта избыточность и способность обратной связи по растяжению использовать неоднородность среды для продвижения вперед могут объяснить, почему удлиненные рыбы, такие как угорь и минога, способны двигаться в наземных условиях.

«Эти животные удивительно устойчивы. Наши модели указывают на сенсорную обратную связь как на ключ, позволяющий им сохранять локомоторную эффективность», — отмечает она.

Биовдохновленная робототехника

Помимо биологии животных, результаты могут помочь инженерам в создании гибких роботов для работы в сложных условиях. «Это исследование предлагает новые способы понимания нейромоторного контроля у животных, что может иметь далеко идущие последствия как для научных исследований, так и для технологического прогресса», — говорит профессор Стенден.

Исследование под названием «Multisensory feedback makes swimming circuits robust against spinal transection and enables terrestrial crawling in elongate fish» представляет собой шаг вперед в понимании движения и может вдохновить на создание инновационных конструкций роботов в будущем.