Палео-роботы помогают понять, как рыбы начали ходить по суше

Переход от воды к суше — одно из важнейших событий в истории жизни на Земле. Команда робототехников, палеонтологов и биологов использует роботов для изучения того, как предки современных наземных животных около 390 миллионов лет назад перешли от плавания к ходьбе.

В журнале Science Robotics исследовательская группа под руководством Кембриджского университета описывает, как «палеовдохновленная робототехника» может стать ценным экспериментальным подходом к изучению эволюции грудных и тазовых плавников древних рыб для опоры на суше.

«Поскольку ископаемые свидетельства ограничены, у нас неполная картина того, как древняя жизнь совершила переход на сушу», — сказал ведущий автор доктор Майкл Ишида из инженерного факультета Кембриджа.

«Палеонтологи изучают древние окаменелости в поисках подсказок о структуре тазобедренных и тазовых суставов, но возможности изучения одних лишь окаменелостей ограничены. Вот где могут помочь роботы, заполняя пробелы в исследованиях, особенно при изучении крупных сдвигов в способах передвижения позвоночных».

Ишида является членом Кембриджской лаборатории био-вдохновленной робототехники под руководством профессора Фумии Ииды, старшего автора статьи. Команда разрабатывает энергоэффективных роботов для различных применений, черпая вдохновение в эффективных способах передвижения животных и людей.

Команда создает палео-роботов, частично вдохновляясь современными «ходячими рыбами», такими как илистые прыгуны, и окаменелостями вымерших рыб. «В лаборатории мы не можем заставить живую рыбу ходить иначе, и уж тем более не можем заставить окаменелость двигаться, поэтому мы используем роботов для моделирования их анатомии и поведения», — пояснил Ишида.

Команда создает роботизированные аналоги древних рыбьих скелетов с механическими суставами, имитирующими мышцы и связки. После завершения работы команда проведет эксперименты с этими роботами, чтобы определить, как могли двигаться эти древние существа.

«Мы хотим узнать, например, сколько энергии требовали бы разные модели ходьбы или какие движения были наиболее эффективными», — сказал Ишида. «Эти данные могут помочь подтвердить или оспорить существующие теории об эволюции этих ранних животных».

Одной из самых больших проблем в этой области является отсутствие полных палеонтологических данных. Многие древние виды того периода известны лишь по частичным скелетам, что затрудняет реконструкцию их полного диапазона движений.

«В некоторых случаях мы лишь предполагаем, как определенные кости соединялись или функционировали», — отметил Ишида. «Вот почему роботы так полезны — они помогают нам проверять эти предположения и предоставляют новые доказательства для их поддержки или опровержения».

Хотя роботы часто используются для изучения движения живых животных, лишь немногие исследовательские группы применяют их для изучения вымерших видов. «Таких групп всего несколько, — сказал Ишида. — Но мы считаем, что это естественное сочетание — роботы могут дать представление о древних животных, которое мы просто не можем получить только из окаменелостей или современных видов».

Команда надеется, что их работа побудит других исследователей изучить потенциал робототехники для изучения биомеханики давно вымерших животных. «Мы пытаемся замкнуть цикл между ископаемыми свидетельствами и механикой в реальном мире», — сказал Ишида.

«Компьютерные модели, очевидно, невероятно важны в этой области исследований, но поскольку роботы взаимодействуют с реальным миром, они могут помочь нам проверить теории о том, как двигались эти существа и, возможно, даже почему они двигались именно так».

Команда сейчас находится на ранних стадиях создания своих палео-роботов, но надеется получить первые результаты в течение следующего года. Исследователи надеются, что их роботизированные модели не только углубят понимание эволюционной биологии, но и откроют новые пути для сотрудничества между инженерами и учеными из других областей.