I ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Meccanica della Carnegie Mellon University, in collaborazione con paleontologi spagnoli e polacchi, hanno utilizzato prove fossili per progettare una morbida replica robotica del pleurocistitide, un organismo marino che esisteva quasi 450 milioni di anni fa e si ritiene sia uno dei i primi echinodermi capaci di muoversi utilizzando uno stelo muscolare.
Pubblicato oggi in Gli Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze (PNAS)la ricerca cerca di ampliare la prospettiva moderna della progettazione e del movimento degli animali introducendo un nuovo campo di studio, la Paleobionica, volto a utilizzare la Softbotics, la robotica con elettronica flessibile e materiali morbidi, per comprendere i fattori biomeccanici che hanno guidato l’evoluzione utilizzando organismi estinti. .
“La Softbotics è un altro approccio per informare la scienza utilizzando materiali morbidi per costruire arti e appendici flessibili dei robot. Molti principi fondamentali della biologia e della natura possono essere spiegati pienamente solo se guardiamo indietro alla sequenza temporale evolutiva di come si sono evoluti gli animali. Stiamo costruendo robot analoghi a studiare come è cambiata la locomozione”, ha affermato Carmel Majidi, autore principale e professore di ingegneria meccanica alla Carnegie Mellon University.
Poiché il tempo trascorso dagli esseri umani sulla terra rappresenta solo lo 0,007% della storia del pianeta, il regno animale moderno che influenza la comprensione dell’evoluzione e ispira i sistemi meccanici odierni è solo una frazione di tutte le creature esistite nel corso della storia.
Utilizzando prove fossili per guidare la loro progettazione e una combinazione di elementi e polimeri stampati in 3D per imitare la struttura colonnare flessibile dell’appendice in movimento, il team ha dimostrato che i pleurocistitidi erano probabilmente in grado di muoversi sul fondo del mare per mezzo di uno stelo muscolare che spingeva il corpo. animale in avanti. Nonostante l’assenza di un analogo attuale (da allora gli echinodermi si sono evoluti fino a includere le moderne stelle marine e i ricci di mare), i pleurocistitidi hanno suscitato interesse tra i paleontologi a causa del loro ruolo fondamentale nell’evoluzione degli echinodermi.
Il team ha stabilito che i movimenti ampi e ampi erano probabilmente il movimento più efficace e che l’aumento della lunghezza dello stelo aumentava significativamente la velocità degli animali senza costringerli a esercitare più energia.
“I ricercatori nella comunità della robotica bio-ispirata devono scegliere le caratteristiche importanti che vale la pena adottare dagli organismi”, ha spiegato Richard Desatnik, dottorando e co-autore.
“Essenzialmente, dobbiamo decidere buone strategie di locomozione per far muovere i nostri robot. Ad esempio, un robot stella marina avrebbe davvero bisogno di usare 5 arti per la locomozione o possiamo trovare una strategia migliore?” ha aggiunto Zach Patterson, alunno della CMU e co-primo autore.
Ora che il team ha dimostrato di poter utilizzare la Softbotics per progettare organismi estinti, spera di esplorare altri animali, come il primo organismo in grado di viaggiare dal mare alla terra, qualcosa che non può essere studiato allo stesso modo utilizzando robot convenzionali. hardware.
“Portare una nuova vita a qualcosa che esisteva quasi 500 milioni di anni fa è emozionante di per sé, ma ciò che ci entusiasma davvero di questa svolta è quanto saremo in grado di imparare da essa”, ha affermato Phil LeDuc, coautore, e professore di ingegneria meccanica alla Carnegie Mellon University. “Non stiamo solo osservando i fossili nel terreno, stiamo cercando di comprendere meglio la vita lavorando con paleontologi straordinari.”
Altri collaboratori includono Przemyslaw Gorzelak, Istituto di Paleobiologia, Accademia Polacca delle Scienze, e Samuel Zamora, Istituto Geologico e Minerario della Spagna.
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