تجربیات SpiderBot به «اکولکیشن» برای شناسایی طعمه اشاره دارد

تجربیات SpiderBot و شناسایی طعمه

تجربیات انجام شده با ربات‌های عنکبوتی و طعمه‌ها نشان می‌دهد که عنکبوت‌ها می‌توانند تفاوت‌های فرکانس‌های طبیعی تارهای وب خود را تشخیص دهند.

همه ما می‌دانیم که عنکبوت‌ها بینایی ضعیفی دارند و به همین دلیل هنگام گرفتار شدن طعمه (مانند مگس) در تارهای خود، ارتعاشات را حس می‌کنند؛ تار وب به عنوان یک بسط از سیستم حسی آن‌ها عمل می‌کند. اما رفتارهای کمتری شناخته‌شده‌ای نیز از سوی عنکبوت‌ها برای شناسایی طعمه‌های در حال مبارزه وجود دارد. به طور خاص، آن‌ها به حالت نشسته درمی‌آیند و گاهی به بالا و پایین حرکت می‌کنند تا تار را تکان دهند یا با کشیدن یکی از پاهای خود، تار را بزنند. حالت نشسته به نظر می‌رسد زمانی تحریک می‌شود که طعمه ثابت است و زمانی که طعمه شروع به حرکت می‌کند، متوقف می‌شود.

اما مطالعه مکانیزم‌های زیرین این رفتار می‌تواند دشوار باشد، زیرا هنگام مشاهده عنکبوت‌های زنده، متغیرهای زیادی در بازی هستند. برای ساده‌سازی موضوع، محققان آزمایشگاه Terradynamics دانشگاه جانز هاپکینز در حال ساخت ربات‌های عنکبوتی نشسته و آزمایش آن‌ها بر روی تارهای مصنوعی هستند. نتایج این تحقیقات شواهدی برای فرضیه‌ای ارائه می‌دهد که عنکبوت‌ها برای حس کردن تفاوت‌های فرکانس تارها به منظور شناسایی طعمه‌هایی که حرکت نمی‌کنند، به حالت نشسته درمی‌آیند - چیزی مشابه با اکولکیشن. محققان نتایج اولیه خود را امروز در اجلاس جهانی فیزیک انجمن فیزیک آمریکا در آناهایم، کالیفرنیا، ارائه کردند.

تحقیقات و همکاری‌های بین‌المللی

ایوژین لین، یکی از اعضای تیم، به Ars گفت: "آزمایشگاه ما به بررسی مشکلات زیستی با استفاده از مدل‌های فیزیکی ربات‌ها می‌پردازد. آزمایشات حیوانی واقعاً دشوار است زیرا سخت است که حیوان را وادار کنید کاری را که می‌خواهید انجام دهد." در مقابل، آزمایشات با مدل‌های فیزیکی ربات‌ها "کاملاً قابل تکرار هستند. و در حین ساخت آن‌ها، شما درک بهتری از سیستم [زیستی] واقعی و چگونگی وقوع رفتارهای خاص پیدا می‌کنید." این آزمایشگاه همچنین ربات‌هایی الهام‌گرفته از سوسک‌ها و ماهی‌ها ساخته است.

این تحقیق در همکاری با دو آزمایشگاه دیگر در دانشگاه جانز هاپکینز انجام شده است. آزمایشگاه اندرو گوردوس به مطالعه رفتار عنکبوت‌ها، به ویژه نحوه ساخت تارهای آن‌ها می‌پردازد و تخصص زیستی و همچنین ویدیوهایی از گونه خاصی از عنکبوت (U. diversus) را ارائه کرده است. آزمایشگاه یوشن مولر نیز تخصص در قالب‌گیری سیلیکونی را فراهم کرده است و به تیم اجازه داده است تا مفاصل انعطاف‌پذیر ربات عنکبوتی خود را با چاپ سه‌بعدی بسازند.

ربات عنکبوتی نشسته و ارتعاشات خوب

مدل اولیه ربات عنکبوتی واقعاً حرکت نمی‌کرد یا وضعیت خود را تغییر نمی‌داد؛ این ربات برای حس کردن ارتعاشات در تار مصنوعی طراحی شده بود. اما لین و همکارانش بعداً آن را با محرک‌هایی اصلاح کردند تا بتواند به بالا و پایین حرکت کند. همچنین، این ربات تنها چهار پا داشت، با دو مفصل در هر پا و دو شتاب‌سنج در هر پا؛ در حالی که عنکبوت‌های واقعی هشت پا و مفاصل بیشتری دارند. اما این مدل برای اثبات اصل تجربی کافی بود. همچنین یک ربات طعمه ثابت وجود داشت.

تار مصنوعی که از سقف آویزان شده بود، با ترکیبی از طناب‌های چتر و طناب‌های مورد استفاده برای بستن مو ساخته شده بود تا دو نوع ابریشم که عنکبوت‌ها هنگام بافت تارهای خود استفاده می‌کنند را شبیه‌سازی کند. (رشته‌های شعاعی که پره‌های تار را تشکیل می‌دهند ابریشم قوی‌تری هستند، در حالی که مارپیچ داخلی ضعیف‌تر و چسبنده‌تر است.) تیم دو سناریو را آزمایش کرد: یکی که در آن SpiderBot به طور پویا نشسته بود بدون اینکه ربات طعمه‌ای روی تار باشد و دیگری که در آن ربات طعمه‌ای روی تار قرار داشت. ربات طعمه برنامه‌ریزی شده بود که تنها یک بار در هر آزمایش حرکت کند، اما هر بار با دامنه‌های متفاوت. دوربین‌های با سرعت بالا ارتعاشات تار را تحت نظر داشتند.

SpiderBot نمی‌توانست ربات طعمه را بدون نشستن شناسایی کند اگر ربات طعمه در حال حرکت نبود یا تنها به آرامی حرکت می‌کرد؛ اگر ربات طعمه حرکتی شدید انجام می‌داد، SpiderBot می‌توانست آن را بدون نشستن پیدا کند. هنگامی که آن‌ها داده‌های فرکانس تار را تحلیل کردند، تیم دریافت که حرکت نشسته هر دو ربات را در تار به ارتعاش درآورده است، اما هرکدام در فرکانس طبیعی خود این کار را انجام می‌دهند. SpiderBot توانست ربات طعمه را پیدا کند زیرا فرکانسی متفاوت از فرکانس خود را حس کرد. SpiderBot حتی می‌توانست فاصله خود را از ربات طعمه تعیین کند زیرا لرزش ایجاد شده هر چه نزدیک‌تر به ربات طعمه، بزرگ‌تر بود.

تحقیقات آینده و نسل بعدی SpiderBot

با این حال، لین گفت: "پدیده‌ای که ما مشاهده کرده‌ایم، حداقل در مدل ربات عنکبوتی، در واقع اکولکیشن نیست؛ ما فقط از آن به عنوان یک تشبیه استفاده می‌کنیم." او افزود: "ربات طعمه امواج تولید شده توسط ربات عنکبوتی را منعکس نمی‌کند، بلکه توسط ربات عنکبوتی لرزانده می‌شود تا نوسانات جدیدی در تار ایجاد کند."

همکار لین در دانشگاه جانز هاپکینز، سیوان سان، در حال ساخت نسل بعدی SpiderBot است که هشت پا و چهار مفصل در هر پا دارد، با شتاب‌سنج‌هایی در هر مفصل برای ثبت ارتعاشات. به جای فنرهای پیچشی، سان از مواد سیلیکونی نرم برای مفاصل استفاده کرده است. این SpiderBot جدید که با چاپ سه‌بعدی ساخته شده است، دامنه حرکتی بهتری دارد و به همین دلیل به حالت نشسته عمیق‌تری دست می‌یابد، با یک کابل متصل که موتوری را درون بدن ربات فعال می‌کند تا همه هشت پا مانند عنکبوت‌های واقعی خم شوند. به گفته سان، ایده‌آل این است که SpiderBot‌های آینده به صورت پنوماتیکی هدایت شوند، با کنترل مستقل پاها، اگرچه دستیابی به این امر به ویژه دشوار است.