Слон использует свой хобот, чтобы есть, пить воду, общаться, исследовать окружающую среду, вести себя в обществе, а также изготавливать и использовать инструменты. По мнению группы исследователей, теперь этот метод можно использовать для улучшения способности роботов захватывать объекты и манипулировать ими.
Исследователь Полин Костес входила в группу ученых, которые тестировали в зоопарке шесть самок африканских слонов саванны, чтобы выяснить, какую силу оказывает конец их хобота и какая его часть является самой сильной. Здесь она объясняет, как эти результаты будут использоваться для улучшения способности роботов захватывать объекты и манипулировать ими:
Хобот слона, содержащий шесть групп мышц, не только очень мощный – он может вырвать с корнем дерево – но и им можно пользоваться с большой точностью. Слоны используют множество техник для захвата объектов, в том числе сосание, щипание двумя «пальцами» на конце хобота и обматывание хоботом объекта.
В этом исследовательский проектМы изучили максимальную силу сжатия кончика хобота африканских слонов саванны. Хобот слона состоит в основном из мышц, не имеет жесткой структуры (нет костей) и имеет множество нервов, что придает ему большую силу, точность и чувствительность.
Предыдущие исследования измеряли силу, с которой весь хобот слона обхватывает какой-либо объект. Мы сосредоточились на силе, оказываемой кончиком хоботка. Конец хобота слона состоит из двух пальцеобразных выступов: заостренного вверху и более округлого и короткого внизу. Мы также изучили, как положение хобота влияет на силу, оказываемую слоном.
Инженеры-электронщики, проектирующие роботов, пытались имитировать гибкость и то, как естественные биологические ткани могут скручиваться или поворачиваться при выполнении различных задач. Это называется биоинспирированной технологией. В течение 20 лет хобот слона вдохновлял эти исследования, особенно в области робототехники захвата и манипулирования.
Наше исследование было направлено на определение силы сцепления кончика туловища. Этот тип захвата позволяет с большой точностью захватывать небольшие предметы. Это особенно полезно в мягкой робототехнике, которая фокусируется на проектировании и производстве роботов с использованием мягких деформируемых материалов, вдохновленных биологией.
Каковы основные выводы?
Мы измерили максимальную силу сжатия 86,4 Ньютона. Ньютон, международная единица силы, — это сила, придающая массе в один килограмм ускорение в один метр в секунду в квадрате. Для сравнения: максимальная сила защемления большого и указательного пальцев у человека составляет от 49 и 68 Ньютонов.
Мы обнаружили, что кончик хобота используется для захвата предметов с большой точностью, но без применения большого усилия. Это полезная информация для дальнейшего развития мягкие плоскогубцы роботы. Некоторые роботы должны иметь возможность захватывать объекты для выполнения рутинных задач. Наиболее важным компонентом захвата являются мягкие захваты, то есть инструмент на конце руки робота.
Мягкие плоскогубцы на основе хобота слона Земноводные также адаптируются к густонаселенной и непредсказуемой среде, изменяя свою форму. Другими словами, они адаптируют свои упругие тела к объектам, с которыми взаимодействуют.
Дальнейшие исследования позволят усовершенствовать плоскогубцы. Вот несколько примеров того, как можно использовать мягких роботов:
- Лекарство: Использование роботов для малоинвазивных хирургических процедур.
- Отрасль: Обращение с хрупкими предметами или предметами неправильной формы на производственных линиях.
- Исследования и разведка: Разработка роботов, способных перемещаться в сложных или недоступных средах.
- Сельское хозяйство: Собирайте нежные фрукты и овощи, не повреждая их.
Мы также заметили разницу в силе двух «пальцев» слона. Это явление никогда ранее не изучалось.
Как вы это обнаружили?
Мы создали устройство для измерения силы сжатия кончика хобота слона. Это была коробка, оснащенная двумя датчиками силы, подключенными к электронной системе. Система зафиксировала силу защемления и автоматически отпустила ее. яблоки в награду.
Яблоко упало, когда слону удалось ущипнуть достаточно сильно, чтобы превысить заранее определенный порог. В следующий раз хоботок пришлось сжать сильнее, чтобы высвободить следующее яблоко. Процесс повторялся до тех пор, пока слоны не достигли максимальной силы, с которой они могли справиться.
Разместив датчики на коробке вертикально, а затем горизонтально, мы смогли наблюдать, как слоны хватали их в разных положениях. Это показало нам, как положение хоботка влияет на силу, которую он оказывает.
Само оборудование заняло у нас некоторое время, чтобы настроить и подготовить слонов посредством обучения. Испытания проводились только с датчиками, затем тестировались различные прототипы коробки, пока окончательная коробка не стала функциональной и достаточно прочной. После этого первого этапа тестирования, проведенного несколькими исследователями из нашей команды, я провел три месяца в зоопарке, чтобы собрать данные, необходимые для этой работы.
Какую пользу ваши исследования принесли слонам?
Первой прямой выгодой было стимулирование содержащихся в неволе слонов посредством обогащающей деятельности.
Наши исследования Исследователи также изучили различия в технике захвата хобота у разных групп слонов, живущих в разных средах обитания, а также их связь с плотностью и размером растительности. Эти новые знания полезны для сохранения слонов, поскольку помогают ученым понять, как изменение климата, которое меняет среду обитания слонов, повлияет на их пищевое поведение.
Полин Костес
Кандидат наук в MECADEV (Национальный центр научных исследований/Национальный музей естественной истории), Университет Сорбонны
Исследование проводилось в сотрудничестве с Французским онкологическим исследовательским центром. МЕКАДЕВ И ИШЕБ исследовательские подразделения Национального центра научных исследований, Национальный музей естественной истории И Зоопарк де Боваль.
Эта статья переиздана с Разговор по лицензии Creative Commons. Читать далее оригинальная статья.
Читайте также
