24/10/2024
Door Ad Spijkers
Robots helpen wetenschappers te begrijpen hoe vissen op het land begonnen te lopen.
De overgang van water naar land is een van de belangrijkste gebeurtenissen in de geschiedenis van het leven op aarde. Nu gebruikt een team van robotici, paleontologen en biologen onder leiding van de University of Cambridge robots om te bestuderen hoe de voorouders van moderne landdieren ongeveer 390 miljoen jaar geleden van zwemmen naar lopen overgingen. 'Op paleo geïnspireerde robotica' zou een waardevolle experimentele benadering kunnen bieden voor het bestuderen van hoe de borst- en buikvinnen van oeroude vissen evolueerden om gewicht op het land te dragen.
Paleontologie
Aangezien fossiel bewijs beperkt is, hebben wetenschappers een onvolledig beeld van hoe het oeroude leven de overgang naar het land maakte. Paleontologen onderzoeken oude fossielen op aanwijzingen over de structuur van heup- en bekkengewrichten, maar er zijn grenzen aan wat ze alleen van fossielen kunnen leren. Robots kunnen helpen gaten in het onderzoek op te vullen, met name bij het bestuderen van grote verschuivingen in de manier waarop gewervelde dieren zich voortbewogen.
Het onderzoeksteam ontwikkelt energiezuinige robots voor verschillende toepassingen, die hun inspiratie halen uit de efficiënte manieren waarop dieren en mensen zich voortbewegen. Het team ontwikkelt door paleo geïnspireerde robots, deels door hun inspiratie te halen uit moderne 'wandelende vissen' zoals modderkruipers en uit fossielen van uitgestorven vissen. In het lab kunnen ze een levende vis niet anders laten lopen en ze kunnen een fossiel zeker niet laten bewegen. Dus gebruiken de onderzoekers robots om hun anatomie en gedrag te simuleren,” aldus Ishida.
Analogen
Het team creëert robotachtige analogen van skeletten van oude vissen, compleet met mechanische gewrichten die spieren en ligamenten nabootsen. Zodra het team klaar is, zal het experimenten uitvoeren op deze robots om te bepalen hoe deze oeroude wezens zich bewogen. De onderzoekers willen weten hoeveel energie verschillende looppatronen nodig hadden of welke bewegingen het meest efficiënt waren. Deze gegevens kunnen bestaande theorieën over de evolutie van deze vroege dieren bevestigen of uitdagen.
Een van de grootste uitdagingen op dit gebied is het gebrek aan uitgebreide fossiele data. Veel van de oeroude soorten uit deze periode in de geschiedenis van de aarde zijn alleen bekend van gedeeltelijke skeletten, waardoor het moeilijk is om hun volledige bewegingsbereik te reconstrueren. In sommige gevallen schatten ze hoe bepaalde botten met elkaar verbonden waren of functioneerden. Robots kunnen helpen deze schattingen te bevestigen en leveren nieuw bewijs om ze te ondersteunen of te weerleggen.
Vervolg
Om bewegingen bij levende dieren te bestuderen worden vaak robots gebruikt, maar er zijn maar weinig onderzoeksgroepen doen dat om uitgestorven soorten te bestuderen. Maar de onderzoekers denken dat het een natuurlijke match is. Robots kunnen inzicht bieden in oude dieren die de wetenschap niet kan krijgen van fossielen of moderne soorten.
Het team hoopt dat zijn onderzoek andere onderzoekers zal aanmoedigen om het potentieel van robotica te verkennen om de biomechanica van lang uitgestorven dieren te bestuderen. Ze proberen de cirkel te sluiten tussen fossiel bewijs en echte mechanica. Computermodellen zijn belangrijk in dit onderzoeksgebied, maar robots kunnen interacteren met de echte wereld. Ze kunnen helpen theorieën te testen over hoe deze wezens bewogen, en misschien zelfs waarom ze bewogen zoals ze deden.
Het team bevindt zich momenteel in de beginfase van het bouwen van hun paleo-robots, maar ze hopen binnen het komende jaar wat resultaten te hebben. De onderzoekers hopen dat hun robotmodellen niet alleen het begrip van evolutionaire biologie zullen verdiepen, maar ook nieuwe wegen kunnen openen voor samenwerking tussen ingenieurs en onderzoekers in andere vakgebieden.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Ill.: University of Cambridge