Paul Sparks
0 
3548
712
Små kakerlakker med robuste eksoskeletter bruker hodet "som en bilstøtfanger," rapporterte forskere i en ny studie. Når en skurrende morthode treffer en vegg, rebounds kroppen oppover i en vinkel, slik at insektet kan skalere den vertikale overflaten raskere enn om den hadde brukt bremsene.
Kakerlakkenes fremtredende tilnærming til veggklatring er så effektiv at det inspirerte forskerne til å designe bittesmå roboter som kan stige oppover vegger som kakerlakkene gjør - ved å bruke hodene. [De 6 merkeligste robotene som noen gang er opprettet]
Når dyr navigerer i vanskelig terreng, hjelper et samspill mellom sansene og hjernen dem til å unngå hindringer og potensielt fatale feilopptak. Men kakerlakkens strategi antyder at noen dyr er avhengige av sin egen kroppsfasong for ikke bare å beskytte dem mot kollisjoner, men også for å kanalisere dette momentumet til en vellykket rømningsmanøver, rapporterte studieforfatterne i studien, som ble publisert online 13. februar. i Journal of the Royal Society Interface.
Forskerne testet 18 mannlige kakerlakker på papirfôrede løpeoverflater som avsluttet i vertikale vegger, og spilte inn hurtighastighetsvideo med 500 bilder per sekund og brukte bevegelsessporingsprogramvare for å analysere kakerlakkenes overgang fra horisontal spor til vertikal vegg.
For det blotte øye så det ut som alle kakerlakker som skalerte veggen gjorde det sømløst, bemerket forskerne i studien. Men opptakene i sakte film fortalte en annen historie: Kakerlakkene brukte to forskjellige strategier for å klatre oppover veggen, hvorav den ene involverte å ramme veggen med hodet for å "løfte av" i en klatreholdning.
Og de hodestamme kakerlakkene var mer effektive veggklatrere, fortalte studiens hovedforfatter, Kaushik Jayaram, en postdoktor i materialvitenskap og maskinteknikk ved Wyss Institute ved Harvard University. .
"I forsøkene der de brukte denne første tilnærmingen, observerte vi at de ville løpe omtrent 20 prosent raskere enn om de landet på bena og deretter klatret oppover veggen," sa Jayaram.
"I et naturlig miljø, hvis de prøver å komme seg vekk fra et rovdyr, kan en 20 prosent økning i hastighet være forskjellen mellom liv og død," forklarte han.
Roboter navigerer typisk i terrenget ved hjelp av en rekke sensorer, og utsiktene til å bygge en robot som raskt kunne endre retning for å klatre - ved å bruke momentum generert av sin egen kroppsfasong - var en spennende utfordring, sa Jayaram. Forskerne møtte det ved å designe en spesiell "nese" for roboten som bidro til å kaste den oppover i akkurat den rette vinkelen, sa Jayaram.
De endte opp med en trapesformet nese med den ene kanten pekende oppover, montert foran roboten. Ved innvirkning ville nesen beite mot veggen og gjøre det mulig for kroppen å sette seg opp igjen, sa Jayaram. Selv om kakerlakker ikke har neser, tjente strukturen på roboten samme formål som kakerlakkerhoder, noe som gjorde det mulig for kroppen å endre retning raskt og miste lite fart, rapporterte forfatterne av studien.
Andre robotteknikker har hatt fordel av kakerlakkens biomekanikk. Insektenes evne til å klemme seg gjennom ørsmå åpninger inspirerte ingeniører til å designe en bitteliten robot som kunne flate seg ned til bakken for å gli gjennom smale sprekker, en bragd som en dag kan hjelpe med å finne ofre for jordskjelv, rapportert tidligere.
"Naturen kan være en viktig lærer. Vi får hint om hvordan dyr kan komme til å møte disse utfordringene når de må utføre flere oppgaver samtidig - å løpe, klatre, operere i miljøer som de ikke kjenner," sa Jayaram.
"Når vi begynner å operere i mer komplekse miljøer, kan vi definitivt lære av noen av eksemplene som biologi har - og vi kan definitivt forbedre noen også," sa han.
Original artikkel på .