งูเลื้อย ‘หักเห’ เหมือนอนุภาคควอนตัม

เมื่องูปากกระบอกปืนทางทิศตะวันตกเลื้อยอย่างรวดเร็วผ่านภูมิประเทศแบบผสมผสาน พวกมันจะตอบสนองอย่างอดทนต่อสิ่งกีดขวางโดยไม่ต้องรับข้อมูลทางประสาท นั่นคือข้อสรุปที่น่าประหลาดใจของ Daniel Goldman และเพื่อนร่วมงานที่สถาบันเทคโนโลยีจอร์เจียในสหรัฐอเมริกา ยิ่งไปกว่านั้น เส้นทางของสัตว์เลื้อยคลานมีความคล้ายคลึงกับวิถีของอนุภาคควอนตัมที่ผ่านไปแล้ว 

ทีมงานเชื่อว่าการตอบสนองทางกลของงู

ต่อสิ่งกีดขวางสามารถสร้างแรงบันดาลใจให้หุ่นยนต์ไร้แขนรุ่นใหม่ที่สามารถสำรวจสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนได้“หุ่นยนต์สมัยใหม่นั้นยอดเยี่ยมมากหากสภาพแวดล้อมเรียบง่าย แต่เมื่อซับซ้อน เช่น ในโลกบนบกจริงที่มีกิ่งก้าน ใบไม้ และทราย ประสิทธิภาพของหุ่นยนต์จะลดลงอย่างรวดเร็ว” โกลด์แมนผู้เป็นหัวหน้าแผนก รีโอโลยีและชีวกลศาสตร์ที่ ซับซ้อน (Complex Rheology And Biomechanics) อธิบาย ปู) แล็บ .

งูมีความสามารถในการเลื้อยผ่านภูมิประเทศที่หลากหลาย ทำให้พวกมันน่าสนใจเป็นพิเศษที่จะเลียนแบบ “ถ้าเราสามารถรวมหลักการบางอย่างที่ระบบสิ่งมีชีวิตควบคุมร่างกายที่ไม่มีแขนขาได้ วันหนึ่งมันอาจทำให้หุ่นยนต์สามารถไปทุกที่ในโลกบนบกได้” โกลด์แมนกล่าว

ทำการเคลื่อนไหวในงานก่อนหน้านี้ Jennifer Rieser แห่ง CRAB lab ค้นพบว่าเมื่อหุ่นยนต์ที่เหมือนงู (เคลื่อนที่ด้วยรูปแบบคลื่นธรรมดา) ชนกับสิ่งกีดขวาง มันก็จะโต้ตอบอย่างต่อเนื่องจนกระทั่งมันผลักผ่านและเคลื่อนตัวออกไปในมุมหนึ่งไปยังวิถีโคจรเริ่มต้น Rieser วัดรูปแบบการกระเจิงที่คาดการณ์ได้ จากนั้นจึงร่วมมือกับ Perrin Schiebel เพื่อตรวจสอบว่ามีการพบการเปลี่ยนแปลงของการเคลื่อนที่แบบเดียวกันในงูจริงหรือไม่

สัตว์ที่ไม่มีแขนขามีพลวัตที่ซับซ้อน 

พวกมันสามารถโค้งงอและบิดตัวได้ทุกทิศทางเพื่อสร้างรูปร่างมากมาย และการทำความเข้าใจความซับซ้อนนี้อาจเป็นเรื่องยากมาก ดังนั้น Rieser และ Schiebel ได้ทำให้เรื่องง่ายขึ้นโดยเน้นไปที่งูจมูกจอบตะวันตก ซึ่งใช้คลื่นหัวจรดหางที่ค่อนข้างธรรมดาเพื่อเลื้อยอย่างรวดเร็วเหนือผืนทรายในทะเลทรายในตอนกลางคืน

โดยใช้งูปิดตา 8 ตัว พวกมันวางสิ่งมีชีวิตหนึ่งตัวในเวทีปูพรมด้วยโครงตาข่าย 1 มิติของเสาเดือย (ดูรูป) ทีละตัว กล้องความเร็วสูงถูกใช้เพื่อติดตามงูขณะที่พวกมันทำการซ้อมรบ 253 ครั้งผ่านโครงตาข่าย

“เมื่อเราวางงูลงในเวที พวกมันเริ่มเคลื่อนไหวโดยใช้รูปคลื่นแบบเดียวกับที่ใช้บนทรายทะเลทราย” ชีเบลอธิบาย “จากนั้นพวกเขาจะพบกับเดือยตะแกรง ทะลุผ่าน และไปต่อในอีกด้านหนึ่งโดยยังคงใช้รูปคลื่นนั้นอยู่”

การเลี้ยวเบนของงูการสังเกตครั้งแรกและผิดปกติที่สุดที่นักฟิสิกส์ทำคือรูปแบบโดยรวมของการที่งูโผล่ออกมาจากตาข่ายนั้นคล้ายกันมากกับวิธีที่โฟตอนโต้ตอบกับตะแกรงเลี้ยวเบน

โกลด์แมนประหลาดใจที่เห็นสิ่งนี้และอธิบายว่า “ในโลกควอนตัม คุณเห็นอนุภาคแต่ละตัวมีปฏิสัมพันธ์กับอาร์เรย์ปกติและเกิดขึ้นในมุมที่ต้องการ แต่ฉันไม่ได้คาดหวังว่าจะได้เห็นปรากฏการณ์ดังกล่าวเมื่อทำงานกับสัตว์และหุ่นยนต์”

Noah Cowanผู้เชี่ยวชาญด้านชีวกล

ศาสตร์จากมหาวิทยาลัย Johns Hopkins กล่าวกับPhysics Worldว่าการเชื่อมต่อนี้ “โดดเด่น” โดยเสริมว่า “มันมีรูปแบบการเลี้ยวเบนที่คล้ายคลึงกันอย่างน่าทึ่งกับตะแกรงการเลี้ยวเบนโฟตอน” อันที่จริงโกลด์แมนกระตือรือร้นที่จะค้นพบว่าการเลี้ยวเบนของอนุภาคย่อยของอะตอมสามารถเลียนแบบและตรวจสอบโดยใช้งูได้หรือไม่

พลวัตแบบพาสซีฟแม้ว่างูที่มีชีวิตจะเคลื่อนที่ผ่านตาข่ายได้เร็วกว่าหุ่นยนต์ของ Rieser แต่รูปแบบการกระเจิงของพวกมันก็คล้ายกันมาก นี่แสดงให้เห็นว่าระบบควบคุมการนำทางที่งูใช้นั้นคล้ายกับที่หุ่นยนต์ใช้ นั่นคือ “ระบบวงเปิด” ที่ไม่มีการตอบสนองทางประสาทสัมผัสและการตอบสนอง

“เมื่องูทะเลทรายกระจัดกระจาย พวกมันเคลื่อนที่เร็วมาก เราไม่คิดว่าระบบประสาทจะแก้ไขสิ่งรบกวนได้” โกลด์แมนกล่าว “และจากรูปแบบการเลี้ยวเบนและรูปแบบแรงที่สร้างขึ้นบนอาร์เรย์ ดูเหมือนว่างูจะรักษาโปรแกรมมอเตอร์นี้และปิดวงจรป้อนกลับเมื่อพวกมันอยู่ในตาข่าย”

เพื่อยืนยันเพิ่มเติมเกี่ยวกับการตอบสนองเชิงกลแบบ open-loop แบบพาสซีฟอย่างหมดจดนี้ ทีมแล็บของ CRAB ได้จำลองพลศาสตร์ของกล้ามเนื้องูทางเรขาคณิตด้วยการควบคุมแบบ open-loop และพบว่ามันตรงกับรูปแบบการกระเจิงของงูทดลองอย่างใกล้ชิด

หุ่นยนต์กล้าม?

Auke Ijspeert ผู้เชี่ยวชาญด้าน Biorobotics จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธรัฐสวิสที่เมืองโลซานน์ ยกย่องทีมที่ใช้ฟิสิกส์กับวิทยาการหุ่นยนต์ “ข้อความหลักคือเมื่อคุณออกแบบหุ่นยนต์ สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงคุณลักษณะทางชีวกลศาสตร์ที่น่าสนใจเหล่านี้” Ijspeert กล่าว

อ่านเพิ่มเติม

หนังสัตว์เลื้อยคลานเป็นแรงบันดาลใจให้พื้นผิวเหล็กที่ลื่นสุดๆ

Cowan เห็นด้วยว่าการใช้คุณสมบัติเหล่านี้สามารถช่วยให้หุ่นยนต์ที่ไม่มีแขนขาสามารถโต้ตอบกับสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนได้อย่างแข็งแกร่งยิ่งขึ้น เขาแสดงความคิดเห็นว่า “ฉันคิดว่ามันเป็นอีกป้ายบอกทางที่ตอกย้ำความสามารถของหัวรถจักรจะไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยปัญญาประดิษฐ์เพียงอย่างเดียว”

สมาชิกห้องทดลองของ CRAB กระตือรือร้นที่จะทดสอบแนวคิดนี้โดยการใช้กล้ามเนื้อเหมือนงูกับหุ่นยนต์และทดสอบในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน

BIO-PC

Mann และ de Greef และเพื่อนร่วมงานได้สร้างระบบดังกล่าวโดยใช้แพลตฟอร์มที่เรียกว่า “การใช้ชีวโมเลกุลของการสื่อสารโปรโตเซลล์” (BIO-PC) นี่คือระบบการส่งข้อความที่ตั้งโปรแกรมได้โดยใช้ไมโครแคปซูลโปรตีนที่เรียกว่าโปรตีโนโซมซึ่งมีวงจรโมเลกุลที่สามารถเข้ารหัสและถอดรหัสข้อความทางเคมีจากกรดนิวคลีอิกสายเดี่ยวแบบสั้น

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>slottosod.com