روبات های کوچک و قدرتمند ، مشت قوی میگوی مانتیس را تقلید می کنند مهندسان یک ربات جدید ایجاد کرده اند که مکانیک ضربات قوی میگوی مانتیس را مدل می کند. با الگوبرداری از مکانیک قوی ترین مشت در قلمرو حیوانات ، محققان با بودجه ارتش ایالات متحده روباتی را ساختند که حرکت میگوهای مانتیس را تقلید می کند. این سخت پوستان می تواند راه را برای دستگاه های کوچک رباتیک اما قدرتمند برای ارتش هموار کند.
محققان دانشگاه هاروارد و دانشگاه دوک ، کار خود را در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر کردند. آنها بیولوژی میگوهای مانتیس را روشن می کنند ، که زائده های چماقی آن سریعتر از یک گلوله از اسلحه شتاب می گیرد.
فقط یک ضربه می تواند بازوی خرچنگ را از بین ببرد یا پوسته حلزون را بشکند. این سخت پوستان حتی یک هشت پا گرفته و برنده شده اند. ایده یک فنر بارگذاری شده توسط یک قفل اصلی در طراحی مکانیکی است ، اما تیم تحقیق به طرز هوشمندانه ای مشاهده کرد که مهندسان هنوز به همان عملکردی که از یک محرک فنری با واسطه چسبندگی در طبیعت می یابیم نرسیده اند.
“با تقلید بیشتر از هندسه فیزیولوژی میگوی ، این تیم توانست شتابهای تولید شده توسط اندام ها در سایر دستگاه های روباتیک را بیش از ده برابر کند.”
چگونه میگوهای مانتیس این حرکات کشنده و فوق سریع را تولید می کنند ، مدتهاست که زیست شناسان را مجذوب خود کرده است. پیشرفت های اخیر در تصویربرداری با سرعت بالا ، مشاهده و اندازه گیری این ضربات را ممکن می سازد ، اما برخی از مکانیک ها به خوبی درک نشده اند.
بسیاری از ارگانیسم های کوچک ، از جمله قورباغه ها ، آفتاب پرستها و حتی برخی از انواع گیاهان ، با ذخیره انرژی کشسانی و رهاسازی سریع آن از طریق مکانیسم قفل کننده ، مانند تله موش ، حرکات بسیار سریعی را ایجاد می کنند.
در میگوی مانتیس ، دو ساختار کوچک تعبیه شده در تاندون های ماهیچه ها به نام اسکلریت به عنوان چفت ضمیمه عمل می کنند. در یک مکانیزم معمولی پر از فنر ، هنگامی که چفت فیزیکی برداشته می شود ، فنر بلافاصله انرژی ذخیره شده را آزاد می کند ، اما هنگامی که اسکلریت ها در زائده میگو مانتیس متصل می شوند ، یک تأخیر کوتاه اما قابل توجه وجود دارد.
وقتی به فرایند چشمگیر دوربین عکاسی با سرعت بسیار بالا نگاه می کنید ، بین زمان آزاد شدن اسکلریت ها و آتش زائده تاخیر وجود دارد. ”
“مثل این است که موش تله موش را فعال کرده است ، اما به جای اینکه بلافاصله آن را بکشد ، قبل از ضربه زدن تاخیر قابل توجهی وجود داشت. بدیهی است مکانیسم دیگری وجود دارد که ضمیمه را در محل خود نگه می دارد ، اما هیچ کس نتوانسته است بطور تحلیلی نحوه عملکرد مکانیسم دیگر را درک کند. ”
زیست شناسان این فرض را مطرح کرده اند که در حالی که اسکلریت ها شروع به باز شدن می کنند ، هندسه زائده خود به عنوان یک چفت دوم عمل می کند و حرکت بازو را در حالی که به ذخیره انرژی ادامه می دهد ، کنترل می کند. اما این نظریه هنوز آزمایش نشده بود.
تیم تحقیق این فرضیه را ابتدا با مطالعه مکانیک پیوند سیستم و سپس ساخت یک مدل فیزیکی و روباتیک آزمایش کردند. پس از در اختیار داشتن ربات ، تیم توانست مدل ریاضی این حرکت را توسعه دهد.
محققان چهار مرحله مجزا از حمله مانتیس را ترسیم کردند که با اسکلریت های چسبیده شروع و با ضربه واقعی زائده خاتمه یافت. آنها دریافتند که در واقع ، پس از باز شدن اسکلریتس ، هندسه مکانیسم اعمال می شود و زائده را در محل خود نگه می دارد تا زمانی که به نقطه بیش از حد مرکز برسد و سپس چفت آزاد می شود.
اما اشتاین هارت ، دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد جان A. Paulson و اولین نویسنده مقاله ، می گوید: “این فرایند انتشار انرژی کششی ذخیره شده را کنترل می کند و در واقع خروجی مکانیکی سیستم را افزایش می دهد.” فرایند چفت و بست هندسی نشان می دهد که چگونه موجودات در این حرکات کوتاه مدت ، مانند مشت ، شتاب بسیار بالایی ایجاد می کنند.
این دستگاه سریعتر از هر دستگاه مشابه دیگری در مقیاس یکسان تا به امروز عمل می کند.
دکتر شیلا پاتک ، استاد زیست شناسی در دانشگاه دوک ، می گوید: “این مطالعه نشان می دهد که چگونه همکاری های میان رشته ای می تواند اکتشافات متعددی را به ارمغان آورد.” فرایند ساختن یک مدل فیزیکی و توسعه مدل ریاضی ما را به تجدید نظر در مورد مکانیک ضربه میگو نعناع و به طور گسترده تر ، کشف کرد که چگونه موجودات و سیستم های مصنوعی می توانند از هندسه برای کنترل جریان شدید انرژی در طول فوق سریع و مکرر استفاده کنند. استفاده ، حرکات
این رویکرد از ترکیب مدل های فیزیکی و تحلیلی می تواند به زیست شناسان کمک کند تا بفهمند و روباتیک ها از برخی دیگر از ویژگی های خارق العاده طبیعت تقلید کنند ، مانند این که چگونه مورچه های فک دام به سرعت فک خود را می کشند یا چگونه قورباغه ها خود را اینقدر بالا می کشند.
معماری محرک مانند این قابلیت های چشمگیری را به مکانیزم های کوچک و سبک ارائه می دهد که نیاز به ارائه نیروهای تکانشی برای ارتش دارند. ” “اما من فکر می کنم راه حل گسترده تری در اینجا وجود دارد – چیزی که جامعه مهندسی و تحقیقات دفاعی می توانند در ذهن داشته باشند. ما هنوز در مورد عملکرد مکانیکی از طبیعت و سیستم های بیولوژیکی یاد نگرفته ایم. مواردی که ما آنها را مسلم می دانیم ، مانند یک محرک ساده ، هنوز برای تحقیقات بیشتر در مقیاس های مختلف آماده هستند. ”
سید مهدی ساداتی هستم. عاشق مغز! داروساز و دانشجوی دکترای تخصصی علوم اعصاب. عضو تیم مرکز سلامت مغز دانا! از علاقه هام شناسوندن کارایی های هیجان انگیز مغز به زبان ساده به آدمهاست! جست و جو می کنم در افسردگی، داروهای موثر بر مغز و سایر بیماری های حوزه ی روان و البته نوروپلاستیسیتی!