Слон использует свой хобот для еды, питья воды, общения, исследования окружающей среды, социального поведения, а также для изготовления и использования инструментов. Теперь это можно использовать для улучшения способности роботов захватывать и обрабатывать объекты, по словам группы исследователей.
Исследовательница Полин Костес была частью группы ученых, которые тестировали шесть самок африканских саванных слонов в зоопарке, чтобы узнать, какую силу оказывают кончики их хоботов и какая часть кончика хобота самая прочная. Здесь она объясняет, как эти результаты будут использоваться для улучшения способности роботов захватывать и обрабатывать предметы:
Хобот слона, содержащий шесть групп мышц, не только очень силен — он может вырвать дерево с корнем, — но и может использоваться с большой точностью. Слоны используют ряд приемов для захвата объектов, включая всасывание, щипок двумя «пальцами» на кончике хобота и обхватывание хоботом объекта.
В этом исследовательский проектмы изучили максимальную силу сжатия, оказываемую кончиком хобота африканских саванных слонов. Хобот слона в основном состоит из мышц, не имеет жесткой структуры (нет костей) и имеет много нервов, что дает ему большую силу, точность и чувствительность.
Предыдущие исследования измеряли силу всего хобота, когда слоны обхватывают им объект. Мы сосредоточились на том, насколько силен кончик хобота. Кончик хобота слона состоит из двух пальцевидных выступов: заостренного наверху и более округлого и короткого внизу. Мы также изучали, как положение хобота влияет на силу, прикладываемую слоном.
Инженеры-электронщики, которые проектируют роботов, пытались имитировать гибкость и то, как естественная биологическая ткань может скручиваться или поворачиваться при выполнении различных задач. Это известно как био-вдохновленная технология. В течение последних 20 лет хобот слона вдохновлял эти исследования, особенно в области робототехники захвата и манипуляции.
Целью нашего исследования было выяснить, насколько силен захват кончика хобота. Такой захват позволяет с высокой точностью подбирать небольшие объекты. Это особенно полезно в мягкой робототехнике, которая фокусируется на проектировании и производстве роботов с использованием гибких и деформируемых материалов, вдохновленных биологией.
Каковы основные выводы?
Мы измерили максимальную силу щипка в 86,4 Ньютона. Ньютон, международная единица измерения силы, соответствует силе, которая придает массе в один килограмм ускорение в один метр в секунду в квадрате. Для сравнения, максимальная сила щипка между большим и указательным пальцами у людей составляет от 49 и 68 Ньютон.
Мы обнаружили, что кончик хобота используется для захвата объектов с высокой точностью, но без большой силы. Это полезная информация для будущего развития мягкие захваты роботов. Некоторые роботы должны уметь захватывать объекты, если они должны выполнять рутинные действия. Мягкие захваты — инструмент на конце руки робота — являются наиболее важным компонентом захвата.
Мягкие захваты на основе хобота слона также адаптируются к загроможденным и непредсказуемым средам, перестраивая свою форму. Другими словами, они адаптируют свои эластичные тела к объектам, с которыми взаимодействуют.
Больше исследований — лучше захваты. Вот несколько примеров того, как можно использовать мягких роботов:
- Лекарство: Использование роботов для малоинвазивных хирургических операций.
- Отрасль: Обработка хрупких или нестандартных предметов на производственных линиях.
- Исследования и разведка: Разработка роботов, способных ориентироваться в сложных и труднодоступных условиях.
- Сельское хозяйство: Сбор нежных фруктов и овощей без их повреждения.
Мы также обнаружили разницу в силе между двумя «пальцами» слона. Это никогда ранее не изучалось.
Как вы это узнали?
Мы создали устройство для измерения силы сжатия кончика хобота слона. Это был ящик, оснащенный двумя датчиками силы, подключенными к электронной системе. Система регистрировала силу сжатия и автоматически отпускала яблоки в качестве награды.
Яблоко отпускалось, когда слону удавалось ущипнуть достаточно сильно, чтобы преодолеть предопределенный порог. Затем хобот должен был ущипнуть сильнее в следующий раз, чтобы выпустить следующее яблоко. Это повторялось до тех пор, пока слоны не достигали максимальной силы, на которую они были способны.
Размещая датчики вертикально, а затем горизонтально на коробке, мы могли видеть, как слоны будут их хватать в этих разных ориентациях. Это показало нам, как положение хобота влияет на силу, которую он оказывает.
Само оборудование заняло у нас некоторое время, чтобы настроить его и подготовить слонов к нему с помощью обучения. Тесты проводились только с датчиками, затем различные прототипы ящика тестировались до тех пор, пока окончательный ящик не стал функциональным и достаточно прочным. После этой начальной фазы тестирования, проведенной несколькими исследователями нашей команды, я провел три месяца в зоопарке, чтобы собрать данные, необходимые для этой работы.
Какую пользу ваши исследования принесли слонам?
Первым прямым преимуществом стало стимулирование содержащихся в неволе слонов посредством развивающих занятий.
Наши исследования также исследовали, как методы захвата хобота различаются между разными группами слонов, живущими в разных местах обитания, и какова связь с плотностью и размером растительности. Эти новые знания полезны для сохранения слонов, помогая ученым выяснить, как изменение климата, которое меняет места обитания слонов, повлияет на их пищевое поведение.
Полин Костес
Кандидат наук в MECADEV (Национальный центр научных исследований/Национальный музей естественной истории), Университет Сорбонна
Исследование проводилось в сотрудничестве с французскими МЕКАДЕВ и ИСЬЕБ исследовательские подразделения Национального центра научных исследований, Национальный музей естественной истории и ZooParc de Beauval.
Эта статья переиздана из Разговор под лицензией Creative Commons. Прочитать оригинальная статья.
Читайте также
