Παρασκευή, 30 Μαΐου 2014

Η παντοδυναμία του μυρμηγκιού βοηθάει τη ρομποτική

Παρά το μικροσκοπικό μέγεθός τους, τα μυρμήγκια αποτελούν προικισμένους «αχθοφόρους» καθώς είναι ικανά να μεταφέρουν γιγάντια για τα δεδομένα τους φορτία που ξεπερνούν κατά πολύ το σωματικό βάρος τους. Την εμβιομηχανική που κρύβεται πίσω από τη συγκεκριμένη ικανότητά τους μελέτησαν αμερικανοί επιστήμονες με στόχο τη χρήση των ευρημάτων τους στον χώρο της ρομποτικής.


Ερευνητές από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Οχάιο προχώρησαν στη μελέτη μυρμηγκιών στο εργαστήριο και στη χρήση ενός δικού τους υπολογιστικού μοντέλου για να διαπιστώσουν τη σχέση ανάμεσα στις εμβιομηχανικές λειτουργίες και στον δομικό σχεδιασμό τους.
Οπως εξηγούν οι ειδικοί με δημοσίευσή τους στο επιστημονικό έντυπο «Journal of Biomechanics», πίσω από τις υπερφυσικές δυνάμεις των μυρμηγκιών φαίνεται να κρύβεται το σημείο του αυχένα τους.
Η ανατομία ενός μυρμηγκιού
Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στον λαιμό του μυρμηγκιού καθώς πρόκειται για το μοναδικό σημείο από μαλακό ιστό και μια άρθρωση στο σώμα του το οποίο γεφυρώνει τον σκληρό εξωσκελετό της κεφαλής του εντόμου με εκείνον του θώρακα. Οταν ένα μυρμήγκι μεταφέρει, π.χ., τροφή ή κάποιο άλλο αντικείμενο, η άρθρωση του αυχένα είναι εκείνη που υποστηρίζει όλο το βάρος.
«Το βάρος σηκώνεται με το στόμα και μεταφέρεται από την άρθρωση του αυχένα στον θώρακα και στη συνέχεια διαμοιράζεται στα έξι πόδια του μυρμηγκιού - και συγκεκριμένα στο σημείο του ποδιού που "γαντζώνεται" στο έδαφος» εξηγεί ο καθηγητής Μηχανικής και Μηχανικής Διαστήματος Κάρλος Κάστρο. «Ενώ προηγούμενες μελέτες είχαν ως αντικείμενο τους μηχανισμούς "προσκόλλησης" στο έδαφος του ταρσού, στα πόδια των μυρμηγκιών, ως σήμερα λίγα γνωρίζαμε γύρω από τη σχέση ανάμεσα στη μηχανική, στον δομικό σχεδιασμό και στις ιδιότητες της ύλης των μικροσκοπικών εντόμων».
Με σκοπό να κατανοήσουν καλύτερα τις δυνάμεις και τα ανώτατα όρια του αυχένα των μυρμηγκιών, οι ερευνητές προσπάθησαν να επαληθεύσουν την εμβιομηχανική των εντόμων δημιουργώντας με τη βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή ένα τρισδιάστατο μοντέλο της εσωτερικής και της εξωτερικής ανατομίας τους. Τα υπολογιστικά μοντέλα βασίστηκαν σε μικροαξονικές τομογραφίες (microCT) πραγματικών μυρμηγκιών. Στη συνέχεια, ανεβάζοντάς τα σε ένα ειδικό λογισμικό ανάλυσης (Abaqus), οι ερευνητές προχώρησαν σε προσομοιώσεις τις οποίες «έτρεχαν» παράλληλα με τα αντίστοιχα εργαστηριακά πειράματα.
Μικροσκοπικοί «μασίστες»
Στις δοκιμές τους οι ειδικοί εντόπιζαν τυχόν ανατομικές διαφορές στα έντομα ανάλογα με το φορτίο που κουβαλούσαν κάθε φορά. Φάνηκε λοιπόν ότι τα παντοδύναμα μυρμήγκια τελικά μπορούν να σηκώσουν φορτία 5.000 φορές βαρύτερα από το ίδιο το σωματικό βάρος τους. Ο αυχένας ήταν εκείνος που «σήκωνε» το μεγαλύτερο βάρος όταν το κεφάλι τους ήταν ευθυγραμμισμένο με το σώμα τους, ενώ δεν είχε την ίδια αντοχή όταν το κεφάλι ήταν γυρισμένο δεξιά ή αριστερά.
«Η άρθρωση του αυχένα αποτελεί ένα περίπλοκο και εξαιρετικά ολοκληρωμένο μηχανικό σύστημα. Η κατανόηση της σχέσης δομής - λειτουργίας στο συγκεκριμένο σύστημα θα μπορούσε να προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες για την ανάπτυξη έξυπνων μηχανισμών για εξωσκελετούς που θα προορίζονται για άτομα που χρήζουν υποβοήθησης στις κινήσεις τους είτε λόγω επαγγέλματος είτε λόγω σωματικής αδυναμίας» καταλήγουν οι αμερικανοί επιστήμονες.


http://e-press-room.blogspot.gr/