Ein 450 Millionen Jahre alter Organismus findet in Softbotics neues Leben

Forscher am Department of Mechanical Engineering der Carnegie Mellon University haben in Zusammenarbeit mit Paläontologen aus Spanien und Polen anhand fossiler Beweise eine weiche Roboternachbildung von Pleurocystitid konstruiert, einem Meeresorganismus, der vor fast 450 Millionen Jahren existierte und vermutlich einer davon ist eines der ersten Stachelhäuter, die sich mithilfe eines muskulösen Stiels fortbewegen konnten.

Heute veröffentlicht in der Verfahren der National Academy of ScienceZiel der Forschung ist es, die moderne Perspektive auf Tierdesign und -bewegung zu erweitern, indem ein neues Forschungsgebiet eingeführt wird – die Paläobionik –, die darauf abzielt, Softbotik, Robotik mit flexibler Elektronik und weichen Materialien zu nutzen, um die biomechanischen Faktoren zu verstehen, die die Evolution mithilfe ausgestorbener Organismen vorangetrieben haben.

„Softbotics ist ein weiterer wissenschaftlicher Ansatz, bei dem weiche Materialien zur Konstruktion flexibler Gliedmaßen und Gliedmaßen von Robotern verwendet werden. Viele Grundprinzipien der Biologie und Natur können nur dann vollständig erklärt werden, wenn wir auf die evolutionäre Zeitachse zurückblicken, wie sich Tiere entwickelt haben. Wir bauen Roboteranaloge dazu.“ „Untersuchen Sie, wie sich die Fortbewegung verändert hat“, sagte Carmel Majidi, Hauptautorin und Professorin für Maschinenbau an der Carnegie Mellon University.

Da die Zeit des Menschen auf der Erde nur 0,007 % der Geschichte des Planeten ausmacht, macht das moderne Tierreich, das das Verständnis der Evolution beeinflusst und die heutigen mechanischen Systeme inspiriert, nur einen Bruchteil aller Lebewesen aus, die im Laufe der Geschichte existiert haben.

Anhand fossiler Beweise als Orientierungshilfe für ihr Design und einer Kombination aus 3D-gedruckten Elementen und Polymeren zur Nachahmung der flexiblen Säulenstruktur des sich bewegenden Anhängsels zeigte das Team, dass Pleurocystitiden wahrscheinlich in der Lage waren, sich mithilfe eines muskulösen Stammes, der drückte, über den Meeresboden zu bewegen das Tier nach vorne. Obwohl es kein heutiges Analogon gibt (Stachelhäuter haben sich seitdem zu modernen Seesternen und Seeigeln entwickelt), waren Pleurozystitiden aufgrund ihrer zentralen Rolle in der Entwicklung der Stachelhäuter für Paläontologen von Interesse.

Das Team stellte fest, dass weit ausholende Bewegungen wahrscheinlich die effektivste Bewegung waren und dass eine Vergrößerung des Stiels die Geschwindigkeit der Tiere deutlich steigerte, ohne sie zu zwingen, mehr Energie aufzubringen.

„Forscher in der bioinspirierten Robotik-Community müssen wichtige Merkmale auswählen, die es wert sind, von Organismen übernommen zu werden“, erklärte Richard Desatnik, Ph.D. Kandidat und Co-Erstautor.

„Im Wesentlichen müssen wir uns für gute Fortbewegungsstrategien entscheiden, um unsere Roboter in Bewegung zu setzen. Müsste beispielsweise ein Seesternroboter wirklich fünf Gliedmaßen für die Fortbewegung verwenden, oder können wir eine bessere Strategie finden?“ fügte Zach Patterson, CMU-Alumnus und Co-Erstautor, hinzu.

Nachdem das Team nun gezeigt hat, dass sie mit Softbotics ausgestorbene Organismen manipulieren können, hoffen sie, auch andere Tiere erforschen zu können, etwa den ersten Organismus, der vom Meer zum Land reisen konnte – etwas, das mit herkömmlicher Roboterhardware nicht auf die gleiche Weise untersucht werden kann .

„Es ist an sich schon aufregend, etwas, das vor fast 500 Millionen Jahren existierte, neues Leben einzuhauchen, aber was uns an diesem Durchbruch wirklich begeistert, ist, wie viel wir daraus lernen können“, sagte Phil LeDuc, Co-Autor. und Professor für Maschinenbau an der Carnegie Mellon University. „Wir betrachten nicht nur Fossilien im Boden, sondern versuchen, das Leben besser zu verstehen, indem wir mit großartigen Paläontologen zusammenarbeiten.“

Weitere Mitarbeiter sind Przemyslaw Gorzelak, Institut für Paläobiologie, Polnische Akademie der Wissenschaften, und Samuel Zamora, Geologisches und Bergbauinstitut Spaniens.