Przejdź do treści

Naukowcy zamieniają martwe pająki… w mechaniczne chwytaki

Spis treści

Ostatnie prace inżynierów z Rice University mogą nieco przypominać scenariusz rodem z hollywoodzkiego horroru. Pająki, gdy dokonają żywota, mają tendencję do zwijania się w kłębek. Ciężko dostrzec w ich martwych ciałach jakieś potencjalne zastosowania. Ale badacze z Teksasu takie znaleźli. Pajęcze nogi mogą mocno i miękko chwytać duże, delikatne i nieregularne przedmioty, nie łamiąc ich. Uczeni wykorzystali to przekształcając zwłoki pająków w mechaniczne chwytaki, tworząc przy okazji nowy rodzaj robotyki, który nazwali „nekrobotyką”.

Pająki mogą przydać się nawet wtedy, gdy już nie żyją. Inżynierowie z Rice University pokazali, jak zmienić martwe pająki w mechaniczne chwytaki, które mogą wtapiać się w środowisko naturalne. – Pająk po śmierci jest idealną architekturą dla małych chwytaków o naturalnym pochodzeniu – powiedział Daniel Preston z George R. Brown School of Engineering w Rice University.

Badania opublikowane na łamach pisma „Advanced Science” (DOI: 10.1002/advs.202201174) opisują proces, w którym Preston wraz z koleżanką Faye Yap – główną autorką publikacji, wykorzystali fizjologię pająka do nowego obszaru badań, który nazwali „nekrobotyką”.

Roboty z martwych pająków

Prestonem, Yap i ich koledzy z Rice University odkryli sposób na rozwinięcie odnóży martwego pająka i wykorzystanie ich do chwytania przedmiotów. Laboratorium Prestona specjalizuje się w miękkich systemach robotycznych, które często wykorzystują nietradycyjne materiały, w przeciwieństwie do twardych tworzyw sztucznych, metali i elektroniki.

– Używamy wszelkiego rodzaju interesujących nowych materiałów, takich jak hydrożele i elastomery, które mogą być uruchamiane przez takie rzeczy, jak reakcje chemiczne, pneumatyka czy światło. Prowadzimy także badania nad tekstyliami i urządzeniami do noszenia. Ten obszar miękkiej robotyki jest świetną zabawą, ponieważ możemy sprawdzać wcześniej niewykorzystywane do tego celu materiały. Zwłoki pająków wpisują się w tę ideę. To coś, czego wcześniej nie używano, ale ma duży potencjał – powiedział Preston.

W przeciwieństwie do ludzi i innych ssaków, które poruszają kończynami poprzez synchronizację przeciwstawnych mięśni, pająki do poruszania się wykorzystują hydraulikę. Za wszystko odpowiada głowotułów, który w swoim działaniu przypomina nieco miech wypełniony płynem. Gdy się kurczy, wysyła płyn ustrojowy zwany hemolimfą do kończyn, zmuszając je do wyprostowania. Kiedy ciśnienie zostaje zwolnione, odnóża się kurczą. Wszystko polega na mechanizmie zwiększania i zmniejszania ciśnienia hemolimfy w ich odnóżach. Dlatego też, gdy pająk zdycha, mechanizm ten przestaje działać, a jego ciało zwija się w kłębek.

– Pająki nie mają antagonistycznych par mięśni. Mają tylko mięśnie zginaczy, które pozwalają na zwijanie odnóży. Prostują je pod wpływem ciśnienia hydraulicznego. Kiedy umierają, tracą tę zdolność. Dlatego ich ciała zwijają się w kłębek – wyjaśniła Yap.

Nekrobotyka

Roboty biohybrydowe nie są niczym nowym. Niedawno japońscy uczeni skonstruowali robotyczny palec pokryty żywą, przypominającą skórę tkanką, która potrafi się sama regenerować i ma konsystencję jak nasza własna skóra, bo tak naprawdę składa się z ludzkich komórek skóry (więcej na ten temat w tekście: Naukowcy zbudowali sztuczny palec pokryty skórą z ludzkich komórek). Jednak wykorzystanie materiału zmarłego organizmu jest nowością, dlatego naukowcy uważają, że ich martwe roboty-pająki zapoczątkowały nowy obszar robotyki: nekrobotykę.

Pająki, na których martwych ciałach prowadzono eksperymenty, to pająki z rodziny pogońcowatych. Rodzina ta obejmuje około 2400 gatunków. Badacze najpierw wbili igłę w głowotułów pająka i uszczelnili miejsce wokół iniekcji za pomocą odrobiny superkleju. Wystarczył mały podmuch powietrza przez strzykawkę, aby aktywować odnóża pająka, osiągając pełny zakres ruchu w mniej niż sekundę.

Naukowcy byli w stanie sprawić, że martwy pająk chwycił małą kulkę. Wykorzystali ten eksperyment, aby określić szczytową siłę chwytu. Testy wykazały, że chwytak zrobiony z pająka był w stanie podnieść ciężar o masie przekraczającej 130 proc. ich własnej masy, a czasem znacznie więcej.

Następnie zademonstrowali użycie martwego pająka do podnoszenia delikatnych przedmiotów i elektroniki, w tym do usunięcia zworki przymocowanej do elektrycznej płytki czy przesunięcia bloku pianki poliuretanowej.

Produkcja większości komponentów robotycznych wykonanych przez człowieka jest dość skomplikowana, ale pająki są jeszcze bardziej skomplikowane. „Koncepcja nekrobotyki zaproponowana w tej pracy wykorzystuje unikalne projekty stworzone przez naturę, które mogą być trudne lub nawet niemożliwe do sztucznego powielenia” – piszą naukowcy w swoim artykule.

Potencjalne zastosowania

Według autorów publikacji, takie roboty z martwych pająków będzie można wykorzystać chociażby w montażu mikroelektroniki. Można je również wykorzystać do chwytania owadów w naturze. Z czasem zastosowań pewnie znajdzie się więcej.

– Istnieje wiele powtarzających się zadań typu „podnieś i połóż”, którym moglibyśmy się przyjrzeć. Chodzi tu przede wszystkim o zadania takie jak sortowanie lub przesuwanie obiektów w bardzo małej skali, a może nawet takie rzeczy, jak montaż mikroelektroniki – powiedział Preston.

Jedną z wad martwego chwytaka pająka jest to, że zaczyna on ulegać zużyciu po około 1000 cyklach kurczenia i prostowania odnóży. Uczeni sądzą, że jest to związane z problemami z odwodnieniem stawów i będzie można temu zaradzić stosując powłoki wiążące wodę.

Mechanizm hydrauliczny w głowotułowiu pozwala pająkom kontrolować każde odnóże indywidualnie, co będzie przedmiotem przyszłych badań. – Martwy pająk tego nie kontroluje. To zadziałało na naszą korzyść w tym badaniu, ponieważ pozwoliło nam kontrolować wszystkie odnóża jednocześnie – powiedział Preston.

Autorzy publikacji zdają sobie sprawę, że ich eksperymenty mogą brzmieć dla niektórych jak początek koszmaru, ale podkreślili, że to, co robią, nie kwalifikuje się jako „ożywianie” martwych stworzeń. – Pomimo tego, że wygląda to, jakby pająk wrócił do życia, jesteśmy pewni, że nie żyje i używamy go w tym przypadku wyłącznie jako materiału pochodzącego od niegdyś żyjącego pająka. Zapewnia nam to coś naprawdę przydatnego – powiedział Preston.

Źródło: Rice University, fot. Preston Innovation Laboratory/Rice University

Udostępnij:

lub:

Podobne artykuły

Robot

Chińczycy zbudowali najszybszego humanoidalnego robota na świecie

Inteligentny robot do upraw kukurydzy

Biohybrydowe roboty sterowane przez… grzyba

Wyróżnione artykuły

Popularne artykuły