Robotické senzory podle vzoru skákajících fazolí  
I ve 21. století inženýři čerpají inspiraci z nevysychajícího zřídla přírody.

 

Zvětšit obrázek
Sebastiania pavoniana je běžný keř případně malý strom rostoucí na kamenitých slunečním žárem spalovaných půdách v některých oblastech Mexika. Plod – kulovitá tobolka se rozpadá na třetiny.

Sebastiania pavoniana (obrázky zde) je druh mexický druh dřeviny, jež povětšinou má habitus keře, ale ve vhodných podmínkách je to strom dorůstající do výšky šesti metrů. Patří do čeledi pryšcovité, stejně jako například vánoční hvězda Euphorbia pulcherrima neboli také Poisentie. Z místa poranění u všech pryšců vytéká „mléko“, které je jedovaté. U S. pavoniany dokonace natolik, že jej mexičtí Indiáni používali jako jeden ze šípových jedů. Dřevina rostoucí na suché kamenité půdě je v některých oblastech Mexika zcela běžná a ničím neupoutává. Dokonce i kvítky jsou nenápadné žlutozelené, milimetr – dva velké. Kromě opylovačů ale lákají i jistý druh motýlů z čeledě obalečovití. Samička mola Laspeyresia saltitans naklade na nezralý květní semeník vajíčko. Když se z něho vylíhne malá larva (housenka), pomocí silného kousacího ústrojí se provrtá dovnitř, kde najde potravu i ochranu. Plodem sebastianie je kulovitá tobolka, která se rozpadá na tři díly s pevným dřevitým obalem. Tak má larva okupující jednu z těchto částí zajištěný relativně bezpečný domeček. Obývá ho 6 až 8 měsíců, přičemž střídá období aktivity s obdobími nečinnosti (hibernace). Když se náhodou tvrdý obal tobolky poškodí a housenka katastrofu ve zdraví přežije, díru zalátá hedvábným vláknem. Tím vyspraví i kruhový otvor, který sama cíleně vytvoří těsně před tím, než se někdy v únoru uvnitř již dutého obalu zakuklí. Motýl totiž žádná kusadla nemá, proto si únikovou cestu musí připravit včas. Dospělý mol po opuštění úkrytu žije jen několik dnů. Jeho hlavním úkolem je zajistit svým genům existenci v dalším pokolení. Smyslem jeho (a nejen jeho) života je život sám.

 

Zvětšit obrázek
Mexické děti „skákající fazole“ sbírají a prodávají překupníkům, kteří je pak se ziskem nabízejí turistům, nebo převážejí do Spojených států.

Na samotné housence ani dospělém motýlovi není nic zajímavého, přesto tento druh obaleče přispěl k lepšímu živobytí hezké řádce lidí. Tajemství byznysu se nazývá „jumping bean“, tedy „skákající fazole“, které zejména před asi půlstoletím byly, ale i dodnes jsou, hitem hlavně v USA, kde je nabízejí krámky s dárkovými drobnostmi, nebo pouliční prodejci. Budí zájem nejen dětí. Těmi „fazolemi“ jsou právě tobolky sebastianie ukrývající housenky. Těm se pod horkým mexickým sluncem vyvinul záchranný reflex, jenž jim velí do stínu přesouvat svůj domeček spadlý na zem v období letních srážek. Proto, když se tobolka trochu nahřeje například v dlani nebo teplem sálajícím z umělého světelného zdroje, larva se v ní začne pohybovat, což se projeví na záhadném „tanci“ celého plodu. I když se jeho poskakování a kutálení jeví jako chaotické, sleduje tepelný gradient a „hledá“ chladnější místo.


Protože larva dokáže dobu chladu a přílišného sucha přežít ve stavu jakési letargie, lze „skákající fazole“ transportovat a jistou dobu skladovat, což umožňuje jejich prodej. Možná si pamatujete dokumentární film BBC s obdivuhodně kreativním scénářem, jehož část odkrývá záhadu „jumping beans“:

 

 

 

Podobnou grilovací podložku, kterou na jednom konci trochu nahřáli, vědci použili jako stadión pro maratonský běh „skákajících fazolí“.

Protože zdánlivě samovolné kutálení, poskakování a otáčení tobolek sebastianie zaujalo mnohé duše zvídavé a hravé, nemohli si jich nevšimnout také vědci. A to nejen biologové, jak nasvědčuje článek v nejnovějším čísle časopisu Bioinspiration & Biomimetics. Čtveřice expertů na robotiku z Fakulty strojírenství vysoké školy technické v Atlantě ve státě Georgia, Georgia Institute of Technology, se rozhodla pohyb larvy ovládající skotačení celé tobolky podrobně prostudovat. Vědci pro ně například z obdélníkové hliníkové podložky pro grilování vytvořili závodní dráhy, v nichž se tobolky pohybovaly ve směru klesající teploty. Podložku pak nakláněli pod různými úhly, nebo „soutěžícím“ kladli do cesty různé drobné překážky, aby mohli zkoumat, co dokážou překonat na cestě za optimální teplotou. Jak se ukázalo, i housenky oddělené od okolního světa neprůhledným tvrdým obalem tobolky projevují svou individualitu – některé jsou ve stejných podmínkách čipernější, jiné línější, ani teplota, která jim vyhovuje a při které se uklidní, není zcela stejná.

Zvětšit obrázek
Když housenky hravost a zvídavost svých lidských majitelů přežijí, před zakuklením prokoušou do stěny své tobolky kruhový otvor, jenž zavíčkují hedvábným vláknem. Ze skákající fazole vyleze až motýl. Protože jeho životní cyklus je úzce spjat se sebastianií, jiným rostlinám neškodí.

Analýza videonahrávek vědcům umožnila statistický popis pohybů „fazolí“: v 85 % poskakují, ve 14 % se kutálejí a jenom v 1 % předvádějí otočku na místě. Již předcházející výzkumy prokázaly, že tento zdánlivě chaotický způsob pohybu je pro dosažení náhodně rozmístěných cílů - chladnějších stínů v přírodě, když se larva orientuje jenom pomocí rozdílů teploty - celkem efektivní.

 

Inženýři na základě získaných poznatků vytvořili algoritmus, který odzkoušeli na jednoduchém malém robotu pohybujícím se pomocí koleček. Hodlají ale sestrojit jednoduché a energeticky velmi nenáročné mikroroboty lépe simulující svůj přírodní vzor. Stačil by jim program s několika jednoduchými pravidly pro pohyb a mohly by sloužit jako technicky nenáročné levné senzory pro určení gradientu, a to nejen teplotního, ale i chemického nebo světelného. Takové robotické čidlo by například mělo schopnost v prostoru vyhledat místa s požadovanou hodnotou sledovaného parametru.

 

 



Zdroj: Bioinspiration & Biomimetics, Phys-org (zde jsou i dvě krátká videa, jež jsou zmíněné součástí studie)

Datum: 21.06.2012 07:58
Tisk článku

Bublinkový robot - neuveden
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 499 Kč
cena: 429 Kč
Bublinkový robot
neuveden

Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán



Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace