Słonie mogą poruszać trąbami w niemal każdym kierunku i łączyć około 20 podstawowych ruchów, aby wykonywać bardziej skomplikowane manewry (zdj. CNN)
(CNN) - Słonie to największe ssaki lądowe na Ziemi, a lepsze zrozumienie ich może doprowadzić do niewiarygodnych przełomów w nauce.
Naukowcy wspierani przez program innowacji Unii Europejskiej Horyzont 2020 prowadzą dogłębne badania nad trąbami słoni w celu rozwoju robotyki, materiałoznawstwa i biologii.
Trąby słoni są zarówno delikatne, jak i mocne – są w stanie chwycić pojedyncze źdźbło trawy, ale są również w stanie unieść prawie 600 funtów (ok. 272 kg), a dla naukowców trąby (łac. proboscis) są niesamowitą inspiracją dla następnej generacji robotów inspirowanych biologią.
„Klasyczne roboty są zaprogramowane do wykonywania określonego zadania … Jeśli chcesz, aby robot ten zrobił coś nieco innego, nie uda mu się to” – powiedział Michel Milinkovich, profesor zastosowań fizyki w biologii na Uniwersytecie Genewskim w Szwajcarii. „Żywe organizmy z kolei zostały zoptymalizowane również pod kątem wszechstronności”.
Badania na czerwonym dywanie
W nowych badaniach opublikowanych w „Current Biology” laboratorium Milinkovicha wyjaśniło, w jaki sposób słonie mogą poruszać trąbą z niemal nieskończoną swobodą, łącząc około 20 podstawowych ruchów w celu wykonywania bardziej skomplikowanych manewrów.
Korzystając z technologii zapożyczonej z przemysłu filmowego, naukowcy z Uniwersytetu Genewskiego byli w stanie przeprowadzić szeroko zakrojoną analizę ruchu trąb słoni podczas, gdy te łapały obiekty o różnych kształtach i rozmiarach. Zespół umieścił odblaskowe znaczniki wzdłuż trąb dwóch słoni afrykańskich, a następnie ustawił wokół nich kamery na podczerwień, aby uchwycić ich ruchy i zmierzyć trajektorie ich trąb w trzech wymiarach. Proces ten jest podobny do tego, jak czujniki do przechwytywania ruchu (motion capture) były wykorzystywane do tworzenia ruchów postaci Golluma w filmie "Władcy Pierścieni" i Na'vi w filmie "Avatar".
„Słonie mają swego rodzaju zestaw prostych ruchów i mogą łączyć te proste ruchy ze sobą by stworzyć bardziej złożone trajektorie” – powiedział Milinkovich w wywiadzie z CNN. „Są w stanie dostosować się do przedmiotów, które są im podawane”.
Jak mówi: słonie używają ssania do podnoszenia lekkich przedmiotów. Ale aby podnieść cięższe rzeczy, używają ssania, a następnie zabezpieczają je trąbą, by móc je dobrze chwycić i unieść. Odkrył również, że słonie mogą tworzyć „pseudo-stawy” ze swoich trąb, podobne budową do ludzkiego łokcia i nadgarstka.
„Mają doskonałą kontrolę nad tym, którą część trąby należy skurczyć” – powiedział Milinkovich. „To nie cała trąba wydłuża się i skraca –tylko części, w zależności od tego, co robi słoń”.
Naukowcy wykonali również tomografię komputerową i rezonans magnetyczny tułowia słonia oraz wykorzystali kamery o wysokiej rozdzielczości do stworzenia modelu 3D trąby, co pozwoliło im lepiej zrozumieć anatomię grup mięśniowych, skóry i tkanki łącznej słoni.
Od trąb po technologię
Dane z badań zostaną wykorzystane do zaprojektowania innowacyjnego „miękkiego” robo-ramienia, które opracowywane zostanie we współpracy z naukowcami z włoskiego Istituto Italiano di Tecnologia w Pontedera i Scuola Superiore Sant'Anna w Pizie, a także z Uniwersytetem Hebrajskim w Jerozolimie oraz drukarnią 3D Photocentric.
„To nowy paradygmat w robotyce”, powiedział Milinkovich. „Zamiast używać metalowych segmentów połączonych ze sobą, obiekty będą stworzone z elastycznych materiałów”.
Naukowcy twierdzą, że skopiowanie naturalnej anatomii byłoby niemożliwe, ale planują wykorzystać dane dotyczące ruchów trąby słonia, aby stworzyć robota zdolnego do wykonywania podobnych ruchów. Lucia Beccai, koordynator naukowy wspieranego przez „Proboscis Project”, powiedziała w wywiadzie z CNN, iż uważają, że pierwszy prototyp będzie gotowy za około rok.
„Wyniki badań są niesamowite, jednak teraz staramy się przełożyć te dane na pewne specyfikacje inżynieryjne, które nie muszą kopiować naturalnego organu” – powiedziała Beccai, starsza badaczka w Istituto Italiano di Tecnologia. „Musimy wydobyć kilka uproszczonych zasad, które pomogą sprawić, że zachowanie będzie wystarczająco proste, aby było skuteczne, przystosowalne do zmian i wydajne”.
Projekt ukazuje również postęp w materiałoznawstwie, ponieważ naukowcy opracowali nowy materiał, który naśladuje użyteczne właściwości skóry słonia i może być drukowany przy pomocy drukarek 3D.
„Powstanie coś, co poradzi sobie z dużymi i małymi ładunkami. Może mieć to wielki wpływ na przemysł” – powiedziała Beccai, dodając, że nowe materiały i technologie zostaną szeroko skomercjalizowane.
Zespół przewiduje, że tworzone przez nich miękkie robo-ramiona będą mogły pracować na fabrycznych liniach produkcyjnych, być wykorzystywane w operacjach poszukiwawczo-ratowniczych, a nawet w służbie zdrowia do pomocy starszym pacjentom.
Szerzenie świadomości na temat ochrony słoni
Milinkowicz dodał, że oprócz zastosowań przemysłowych celem badań jest również lepsze zrozumienie zwierząt.
„Patrzenie na te stworzenia jest również niesamowitym doświadczeniem” – powiedział Milinkovich, zauważając, że afrykańskie słonie leśne i afrykańskie słonie sawannowe są gatunkami zagrożonymi.
Słoniom grozi utrata siedlisk, a także kłusownictwo spowodowane nielegalnym handlem kością słoniową. Według danych World Wildlife Fund szacuje się, że każdego roku zabija się 20 000 słoni afrykańskich dla ich kłów. Według Międzynarodowej Unii Ochrony Przyrody w ciągu ostatnich trzech dekad populacja afrykańskich słoni leśnych spadła o ponad 86%.
„Mamy również nadzieję, że uda nam się zwiększyć świadomość ludzi na temat ochrony tego wyjątkowego zwierzęcia” – powiedziała Beccai. „Istnieje mnóstwo rzeczy, których się nauczyć możemy od natury, nie tylko dla naszego dobrego samopoczucia i szczęścia – to naprawdę niesamowite źródło zasad inżynieryjnych”.
