На основе алгоритма движения мексиканских прыгающих бобов разработана модель микроробота

Микророботы остались на бобах

Американские ученые, исследовав алгоритм движения знаменитых мексиканских прыгающих бобов, разработали новую модель колесного микроробота. Этот разведчик сможет отслеживать наличие тех или иных факторов (от градиента тепла до радиоактивного излучения и радиопередач врага), используя самый минимум вычислительных возможностей и всего один сенсор.

Фото:

Эти бобы, являющиеся плодами растений Sebastiania palmeri и Sebastiania pavoniana, произрастающих в пустынях Мексики, действительно могут прыгать. Однако не сами по себе. Дело в том, что в них часто обитают гусеницы моли Cydia deshaisiana, которые весьма не любят высоких температур. Поэтому если плод нагреть, то личинка начнет дергаться, раскачивая его и заставляя двигаться.

Гусеница, живущая в шелковом коконе, один конец которого прикрепляется к внутренней оболочке боба, может сделать так, чтобы боб начал передвигаться прыжками. Для этого она, удерживаясь на внутренней поверхности плода одним концом своего тела, быстро-быстро ударяет по ней же другим концом. Таким образом ей удается заставить боб подскочить на несколько миллиметров.

Но она может сделать и так, чтобы плод покатился — для этого личинке нужно начать, стоя на месте внутри боба, быстро перебирать ложноножками, так же, как это делает белка в колесе. В итоге плод начинает быстро катиться по прямой. Было замечено, что чем выше температура окружающей местности, тем выше прыгучесть плода — так, при 45 градусах Цельсия боб подпрыгивает 40 раз в минуту, перекатываясь после каждого прыжка.

Интересно, что гусеница инициирует движение своего домика практически "вслепую" — ведь она не видит того, что происходит вне плода, да и запахов никаких не ощущает. Личинка ориентируется лишь по данным своего "температурного сенсора" и успокаивается только тогда, когда боб попадает в тень, и температура внутри него, соответственно, падает. Тем не менее, практически всегда гусеница успевает докатить свой дом до прохладного места прежде, чем изжариться.

Этими бобами и их "квартирантками" заинтересовались инженеры из Технологического института Джорджии (США), занимающиеся разработкой новых моделей колесных роботов. Они решили создать устройство, использующее похожий алгоритм движения. Однако прежде нужно было изучить все особенности передвижения бобов. И тогда исследователи решили сыграть в любимую азартную игру мексиканцев, называемую "гонки бобов".

Правила этой игры очень простые — нужно взять несколько бобов и разместить их на широкой и длинной стальной форме для выпекания хлеба. Один конец этого противня, откуда бобы стартуют, подогревается, а другой (там где финиш) — наоборот, охлаждается. Побеждает тот, чей боб придет первым. Те же плоды, которые в процессе даижения выскакивают за пределы формы, "дисквалифицируются", хотя последнее случается крайне редко. "Гонки бобов" куда более популярны среди мексиканцев чем, например, петушиные бои, и часто на каждого "скакуна" ставятся достаточно крупные суммы.

Итак, ученые решили сыграть в такую же игру, правда, вовсе не для того, чтобы подзаработать денег, а затем, чтобы понять закономерность передвижения бобов. Была оборудована специальная площадка, один край которой подогревался, а другой — охлаждался. Все движение округлых "скакунов" фиксировали видеокамеры.

В результате выяснилось, что даже несмотря на то что все бобы двигаются одинаково, к финишу они приходят в разное время, да и по площадке перемещаются с разной скоростью. Тем не менее, по словам ученых, на самом деле движение бобов статистически весьма предсказуемо. Так, из 550 движений дюжины бобов, участвовавших в соревновании, 85 процентов составили прыжки, 14 процентов — перекатывание и один процент — кувырки, сочетающие в одном движении качение и подпрыгивание.

Когда же исследователи установили алгоритм движения бобов, оказалось, что он похож на знаменитую задачку под названием "Эмпайр-Стейт-Билдинг". Суть ее заключается в том, чтобы найти человека на неизвестном этаже известного небоскреба. В начале поисков вы едете, например, на 51-й этаж, убедившись, чтог там его нет, выясняете, ниже или выше находится цель, затем попадаете на 25-й или 76-й, и так далее, до того момента, как поиски увенчаются успехом. Так вот, бобы поступают примерно так же.

К примеру, для того чтобы выбрать самое холодное место, плод делает прыжок №1. Если в результате него, он попал в то место, где температура снизилась, то он прыгает на меньшую дистанцию или перекатывается. Но в случае, если "скакун" попал в место с более высокой температурой, он снова совершает прыжок на большую дистанцию — прыжок №2. Если же и тогда температура окажется выше, причем сильно выше, нежели чем после прыжка №1, боб начинает движение назад, но при этом не прыгает, а достаточно медленно перекатывается.

Интересно, что при том, что эта схема достаточна проста, оказалось, что некоторые бобы следуют ей точнее. Они, как правило, и побеждают в соревнованиях. Другие же относятся к делу более халатно и почти все время проигрывают. Авторы работы уверены, что это обуславливается индивидуальными свойствами личинок — возможно, некоторые быстрее реагируют на перепады температуры, а некоторые "тормозят".

Итак, после того, как алгоритм движения был установлен, исследователи разработали гипотетическую модель колесного робота, который мог бы отслеживать наличие тех или иных факторов (от градиента тепла до радиоактивного излучения и радиопередач врага), используя самый минимум вычислительных возможностей и всего один сенсор. Испытания прошли успешно — в качестве действующего фактора был использован тот же температурный градиент.

Сейчас ученые заняты разработкой нового микроробота, чье движение также основывается на алгоритме прыгающих бобов. Причем они собираются сконструировать лишь платформу, на которую, в зависимости от обстоятельств, можно будет поставить любой сенсор. Новый робот будет не сантиметровым в диаметре, как первая модель, а гораздо меньше. Авторы проекта уверены, что это позволит ему быть нетребовательным к энергоснабжению, то есть ему не нужна будет массивная и тяжелая батарея.

Читайте также: Роботов научили "чувству кворума"

Использовать же этих роботов можно будет при ремонте поврежденного оборудования в труднодоступных местах, разведке обстановки в чрезвычайных ситуациях и поиске пропавших людей в катастрофах, а также для разведки и диверсий в военном деле. То есть область применения этих "бобовых" роботов будет весьма и весьма широка…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"