Włoscy badacze sprawdzili, jak gąsienice poruszają się po drewnie, stali, łupku i szkle, a potem pomogli im przejść przez gładką szybę za pomocą miniaturowej zbroi i dodatkowych ciężarków. Wyniki mogą przydać się przy projektowaniu miękkich robotów, które mają radzić sobie na różnych powierzchniach.

Jak badano pełzanie gąsienic

Zespół z Uniwersytetu Neapolitańskiego Fryderyka II i Uniwersytetu w Palermo rozwinął model matematyczny opisany we wcześniejszej publikacji. Przedstawia on ciało gąsienicy jako zestaw mas połączonych sprężynami. Model sprawdzono w praktyce na gąsienicach gatunku Pieris brassicae, czyli bielinka kapustnika, które obserwowano na czterech podłożach: drewnie, stali, łupku i szkle.

Okazało się, że wydajność pełzania silnie zależy od chropowatości powierzchni. Gąsienice dobrze dostosowują ruch do wzorów na podłożu, ale na gładkim szkle mają kłopot. Mikroskopijne nierówności są tam zbyt małe, by odnóża brzuszne (tzw. prolegs) mogły się mocno uchwycić. Bez odpowiedniej przyczepności ruch w ogóle nie zostaje wywołany ani utrzymany.

Zbroja i ciężarki zamiast dodatkowych nóg

Na podstawie modelu badacze zaprojektowali sztuczną zbroję, która zwiększa sztywność ciała gąsienicy. Dodali też osobne ciężarki, które poprawiały tarcie i przyczepność. W eksperymentach o charakterze próby koncepcji owady tak wyposażone były w stanie pokonać szkło, po którym normalnie nie potrafią chodzić.

Najważniejszy wniosek dotyczy równowagi: skuteczne pełzanie wymaga zgrania elastyczności ciała z zdolnością przylegania do podłoża. Autorzy piszą, że wyniki potwierdzają trafność prognoz modelu i mogą dać nowe kryteria projektowe dla miękkich robotów inspirowanych naturą.

• na chropowatych powierzchniach gąsienice poruszają się sprawnie,
• na gładkim szkle brakuje im przyczepności,
• większa sztywność ciała i dodatkowa masa pomagają ten problem obejść.

Co to oznacza w praktyce

Miękkie roboty pełzające to kierunek, który bada się z myślą o zadaniach w ciasnych, nierównych i trudno dostępnych miejscach. Taka maszyna musi jednak umieć poruszać się nie tylko po szorstkim gruncie, ale i po śliskich, gładkich materiałach. Opisane badanie pokazuje, że zamiast zmieniać cały projekt, można w odpowiednim momencie modyfikować sztywność i obciążenie. Autorzy wskazują, że kolejne prace mogą próbować odtworzyć właściwości takiej zbroi w układach robotycznych.

Dla polskiego czytelnika to na razie wiedza z pogranicza nauki podstawowej i inżynierii, a nie gotowy produkt. Praca została opublikowana w międzynarodowym czasopiśmie naukowym, więc jej wyniki są dostępne także dla polskich zespołów zajmujących się robotyką miękką i biomimetyką, w tym w ramach europejskiej współpracy badawczej. Nie ma informacji, by powstał już robot oparty na tych rozwiązaniami; badanie dotyczy żywych gąsienic i ma charakter wstępny.

Zespół podkreśla, że opracowany model oraz odkryte zasady pełzania mogą być wykorzystane przy budowie robotów poruszających się po różnych nawierzchniach i terenach. To kolejny przykład tego, że obserwacja zwierząt wciąż podsuwa inżynierom praktyczne pomysły.

Źródło: Tech Xplore – „Armored caterpillars offer robot designers lessons in crossing slippery glass”