Принципы передвижения в ограниченном пространстве от огненных муравьёв помогут командам подземных роботов

Будущие команды роботов для подземных поисково-спасательных работ могут быть обязаны своим успехом огненным муравьям (Solenopsis invicta). Исследуя их в лаборатории с помощью видеотрекинга и рентгеновской компьютерной томографии, учёные выявили фундаментальные принципы локомоции, которые однажды могут быть использованы роботами для быстрого и лёгкого перемещения по подземным туннелям.

Ключевые принципы

• Оптимальный размер туннеля: Независимо от размера частиц почвы (от 50 до 600 микрон) и влажности (1–20%), диаметр выкапываемых муравьями туннелей оставался постоянным — около 3.5 мм, что сравнимо с длиной их тела. Это позволяет эффективно использовать конечности и антенны для взаимодействия со стенками.
• Стабильная скорость: В таких ограниченных подземных условиях, где движения ног затруднены, муравьи сохраняли одинаковую скорость передвижения. Размер туннеля практически не влиял на скорость.
• Использование антенн для локомоции: Впервые наблюдалось, что муравьи в узких пространствах используют антенны не только для сенсорного восприятия, но и для хватания за стенки при падении. В эксперименте с лабиринтом из стеклянных трубок, который резко опускали с силой до 27g, около половины муравьев теряли опору, но хватались антеннами, чтобы остановить падение.

Значение для робототехники

Исследователи отмечают, что проблемы, с которыми сталкиваются муравьи (необходимость быстрого, стабильного и безопасного перемещения в тесном пространстве при ограниченных сенсорных и вычислительных ресурсах), аналогичны проблемам будущих роющих роботов. Создание туннельной среды, минимизирующей проскальзывания и падения, может снизить потребность в сложных нейронных алгоритмах управления.

Исследование, поддержанное программой Physics of Living Systems Национального научного фонда (NSF), было опубликовано 20 мая в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.