Η φύση αποδεικνύεται για ακόμη μία φορά η καλύτερη μηχανικός. Ερευνητές από το University of California - Berkeley, το Georgia Institute of Technology και το Ajou University της Νότιας Κορέας ανέλυσαν τον μοναδικό τρόπο με τον οποίο κινούνται τα Rhagovelia, μικροσκοπικά υδρόβια έντομα που «σερφάρουν» σε ορμητικά ρυάκια με εντυπωσιακή ευελιξία.
Η παρατήρηση αυτών των εντόμων ενέπνευσε τη δημιουργία του Rhagobot, ενός ρομπότ μεγέθους εντόμου με «αυτοδιαμορφούμενους έλικες», που μπορεί να κινηθεί στο νερό με απίστευτη ταχύτητα και ακρίβεια, χωρίς να καταναλώνει επιπλέον ενέργεια.
Τα Rhagovelia ξεχωρίζουν από τα υπόλοιπα υδρόβια έντομα χάρη σε μικροσκοπικές δομές-«βεντάλιες» στα πόδια τους. Αυτές ανοίγουν όταν βυθίζονται στο νερό και κλείνουν αμέσως μόλις απομακρυνθούν, λειτουργώντας σαν κουπιά που προσφέρουν ώθηση χωρίς ενεργειακό κόστος. Μέχρι πρόσφατα, οι επιστήμονες πίστευαν ότι η κίνηση αυτή γινόταν αποκλειστικά μέσω μυϊκής δύναμης. Η νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Science αποκαλύπτει ότι στην πραγματικότητα πρόκειται για μια παθητική διαδικασία, που βασίζεται στην επιφανειακή τάση του νερού και στις ελαστικές ιδιότητες των ίδιων των δομών.
Ο Victor Ortega-Jimenez, επικεφαλής βιολόγος του προγράμματος στο UC Berkeley, περιγράφει την πρώτη του επαφή με τα έντομα ως αποκαλυπτική.
Τα είδα να κινούνται τόσο γρήγορα, που έμοιαζαν περισσότερο με ιπτάμενα παρά με υδρόβια. Αυτό το ερώτημα –πώς το καταφέρνουν– με απασχολούσε για χρόνια.
Η μεγαλύτερη πρόκληση για τη δημιουργία ενός ρομπότ που να μιμείται τα Rhagovelia ήταν η αναπαραγωγή της μικροδομής της βεντάλιας. Χρειάστηκε η συμβολή του Dongjin Kim, μεταδιδακτορικού στο Ajou University, ο οποίος χρησιμοποίησε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο για να αποκαλύψει ότι η φυσική βεντάλια δεν είναι κυλινδρική –όπως υποθέτουν πολλοί– αλλά επίπεδη και ταινιοειδής. Αυτή η μορφή εξασφαλίζει την απαραίτητη ισορροπία ανάμεσα στη σκληρότητα (για ώθηση) και την ευκαμψία (για αναδίπλωση).
Με βάση αυτήν την ανακάλυψη, η ομάδα σχεδίασε μια τεχνητή βεντάλια βάρους μόλις ενός χιλιοστού του γραμμαρίου, η οποία αυτοαναδιπλώνεται όταν βγαίνει από το νερό. Η βεντάλια ενσωματώθηκε σε ένα ρομπότ μεγέθους κόκκου ρυζιού, το οποίο απέδειξε στις δοκιμές ότι μπορεί να επιταχύνει, να φρενάρει και να ελίσσεται με τρόπο συγκρίσιμο –και σε κάποιες περιπτώσεις ανώτερο– με τα ίδια τα έντομα.
Το εντυπωσιακό στοιχείο είναι ότι το Rhagobot δεν χρειάζεται επιπλέον πηγή ενέργειας για να κινεί τους έλικες του. Όλα βασίζονται στην επιφανειακή τάση και στη γεωμετρία της δομής – μια «ενσωματωμένη μηχανική νοημοσύνη» που η φύση τελειοποίησε μέσα σε εκατομμύρια χρόνια εξέλιξης.
Όπως εξηγεί ο Je-Sung Koh, «στη μικρορομποτική κλίμακα, τέτοιοι μηχανισμοί είναι καθοριστικοί. Οι παραδοσιακοί τρόποι κίνησης είναι ενεργοβόροι και δύσκολα εφαρμόζονται. Η φύση μάς δείχνει έναν άλλον δρόμο».
Τα Rhagovelia ζουν σε ορμητικά ρυάκια, όπου οι ταραγμένες συνθήκες μοιάζουν με ατέρμονη αεροπορική ανατάραξη. Κι όμως, αυτά τα έντομα αντέχουν να κινούνται ασταμάτητα, μέρα και νύχτα, παράγοντας δίνες και κυματισμούς που τους επιτρέπουν να ελέγχουν την πορεία τους. Ο Ortega-Jimenez σημειώνει ότι ορισμένες κινήσεις θυμίζουν τις πτήσεις εντόμων στον αέρα, με τις βεντάλιες να λειτουργούν σαν μικροσκοπικά φτερά.
Αυτό σημαίνει ότι το Rhagobot δεν είναι μόνο ένα τεχνολογικό κατόρθωμα, αλλά και μια πλατφόρμα για να μελετηθεί σε βάθος η βιομηχανική αυτών των εντόμων και ο τρόπος με τον οποίο παράγουν ώθηση μέσω υδροδυναμικής άντωσης.
Οι πιθανές εφαρμογές είναι εκτεταμένες: από μικρορομπότ για περιβαλλοντική παρακολούθηση και μελέτη οικοσυστημάτων, μέχρι συστήματα έρευνας και διάσωσης σε περιοχές με νερά δύσβατα για ανθρώπους ή μεγαλύτερα μηχανήματα. Η μικρή κλίμακα, η αυτονομία και η ικανότητα ελιγμών ανοίγουν νέες προοπτικές για τη ρομποτική του μέλλοντος.
[via]
