Můžeme vdechnout život organismům starým stovky milionů let?

Tým výzkumníků z katedry strojního inženýrství na Univerzitě Carnegie Mellon ve spolupráci s paleontology ze Španělska a Polska využil fosilní důkazy k vytvoření měkkého robotického replikátu pleurocystitidy, mořského organismu, který žil přibližně před 450 miliony lety a je považován za jednoho z prvních pohyblivých ostnokožců s použitím svalnatého stonku.

Obrázek 1 – Ukázka Robotické napodobeniny více než 400 milionů starého organismu

Výzkum, který byl dnes publikován v Proceedings of the National Academy of Science (PNAS), si klade za cíl rozšířit moderní pohled na návrh a pohyb zvířat zavedením nového oboru studia – Paleobioniky – zaměřeného na použití softbotiky, robotiky, která využívá flexibilní elektroniku s měkkými materiály. Cílem je pochopit biomechanické faktory, které řídily evoluci pomocí vyhynulých organismů.

„Softbotika je další přístup k informování vědy o použití měkkých materiálů pro konstrukci flexibilních robotických končetin a přívěsků. Mnoho základních principů biologie a přírody lze plně vysvětlit pouze, pokud se podíváme zpět na evoluční časovou osu, jak se organismy vyvíjely. Budujeme robotické napodobeniny v rámci studia, jak se způsob pohybu v průběhu času měnil,“ řekl Carmel Majidi, vedoucí autor a profesor strojního inženýrství na Univerzitě Carnegie Mellon.

Jak vlastně chápeme evoluci

I když lidská éra představuje jen nepatrný zlomek – 0,007 % – celé historie Země, moderní fauna hraje klíčovou roli v našem chápání evoluce a je inspirací pro současné mechanické systémy. Tato éra je jen malou částí z ohromné diverzity živých organismů, které kdy na naší planetě žily.

Vědecký tým se opřel o fosilní záznamy, aby podpořil svůj design, přičemž využil kombinaci 3D tisku a polymerů k vytvoření pružné struktury napodobující pohyblivý přívěsek starověkého mořského organismu. Experimenty ukázaly, že pleurocystitidy mohly pomocí svaloviny ve svém stonku plazit se po mořském dně. Ačkoli dnešní ostnokožci, jako jsou hvězdice a ježovky, se od pleurocystitid značně liší, paleontologové je považují za klíčové pro porozumění evoluci této skupiny.

Plány do budoucna

Tým zjistil, že efektivní rozsáhlé vlnivé pohyby a prodloužení těla mohou zrychlit pohyb živočicha bez dodatečné spotřeby energie. Richard Desatnik, doktorand a spoluautor studie, poznamenal, že v oboru bioinspirované robotiky je klíčové vybírat si ze živých organismů ty nejúčinnější vlastnosti pro adaptaci. Zach Patterson, spoluautor a absolvent CMU, reflektoval nad výběrem strategií pro robotický pohyb, přičemž zvažoval, jestli je pro roboty modelované po hvězdicích nezbytných pět končetin k pohybu nebo lze uplatnit efektivnější metodu.

Vědecký tým, nyní úspěšný ve využití softbotiky pro rekonstrukci vyhynulých tvorů, má v plánu studovat další druhy, včetně prvních, které opustily moře a osídlily souš. Tohoto cíle dosahuje ve spolupráci s vynikajícími paleontology, jako jsou Phil LeDuc, profesor strojního inženýrství na CMU, Przemyslaw Gorzelak z Polské akademie věd a Samuel Zamora z Geologického a hornického institutu ve Španělsku. LeDuc vyjádřil nadšení nejen z oživení půl miliardy let starého života, ale i z potenciálu toho, co se z této studie můžeme naučit, což posouvá paleontologii za hranice tradičního studia fosilií.

Shrnutí:

• Výzkumný tým na CMU vytvořil robotickou repliku pleurocystitidy, pravěkého mořského organismu, za pomoci softbotiky.
• Nový obor Paleobionika používá softbotiku pro pochopení evoluce pomocí studia vyhynulých organismů.
• Robotické modely byly navrženy na základě fosilních důkazů a napodobují pohyby pleurocystitid pomocí flexibilních struktur.
• Díky tomuto průlomu se výzkumníci těší na nové poznatky o evoluci a inspiraci pro moderní robotiku.