نگاهی به نقش روبات‌ها در پژوهش‌های ‌دیرینه‌زیست‌شناسی

روبات‌های پرنده، کلید حل‌ معمای پرواز می‌شوند

همه آن چیزی که درباره تکامل پرواز می‏دانیم، این است که حدود 150 میلیون سال پیش، جنگل‏ها مملو از دایناسورهای پرنده‏ای مثل «آرکئوپتریکس» بود که به اجداد پرندگان امروزی شباهت بسیاری داشتند. اما آنچه نمی‏دانیم این است که اجداد پرندگان، پیش از آن‌که بتوانند پرواز کنند، از بال‏های ابتدایی خود چه استفاده‏ای می‏کردند؟

کد خبر: ۴۴۶۳۴۱

در تحقیقی که در شماره اخیر «Bioinspiration & Biomimetics» منتشر شده است، می‏توان به اطلاعات جالب ‏توجهی در این زمینه دست پیدا کرد. نکته جالب این است که این اطلاعات از مطالعه روی فسیل‌ها حاصل نشده، بلکه از تحقیقاتی که روی روبات‏های پرنده انجام شده به دست آمده است.

درباره چگونگی تکامل پرواز اولیه، دو نظریه اصلی وجود دارد. براساس نظریه «سقوط از درخت»، جانداران از بال‏های ابتدایی خود برای سر خوردن از ارتفاعات استفاده می‌کردند. نظریه «بلند شدن از زمین» نیز بیان می‏‏کند که اجداد پرندگان از بال‏هایشان برای دویدن سریع روی زمین در ادامه بلند شدن از سطح زمین استفاده می‏کردند. اما مساله اصلی درباره نظریه بلند شدن از زمین این است که رسیدن بسرعت زیاد، نیازمند بلند شدن از زمین است. مقایسه‏های انجام‏شده بیانگر آن است که پیشرفت‌های تدریجی صورت گرفته در شیوه سر خوردن ممکن است به پرواز منجر شده باشد. گفتنی است شواهد فسیلی نتوانسته است به حل این موضوع چندان کمک کند.

«رونالد فیرینگ» و «کوین پترسون»، مهندسان دانشگاه برکلی کالیفرنیا درباره تکامل پرواز، هیچ پیش‌زمینه‌ و فکری نداشتند تا این‌که روبات 25 گرمی خود را ساختند. این روبات که DASH+Wings (Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod) نام دارد، یک روبات شش پای کوچک و در واقع یکی از انواع روبات‏هایی است که ارتش آمریکا برای انجام کارهای تجسسی طراحی کرده و ساخته است. فیرینگ می‏گوید: «روبات‏های کوچک زمین‏رو اغلب برای بالا رفتن از ارتفاعات و پریدن روی اشیا، با مشکلات عدیده‏ای مواجه هستند. به همین دلیل ما توجه خود را روی سیستم حرکتی هیبریدی متمرکز کردیم و برای بهتر‌شدن حرکت، تصمیم گرفتیم بال‏های تکان‏خورنده و پاها را با هم ترکیب کنیم.» اما هنگامی‏که آنها بال‏ها را به روبات DASH اضافه کردند، متوجه شدند این ابزار می‏تواند در پاسخ به پرسش تکاملی منشأ پرواز هم مفید باشد. به همین دلیل گروه تصمیم گرفت در این زمینه با رابرت دادلی دیرینه‏زیست‏‏شناس دانشگاه برکلی تماس بگیرد و از او بخواهند به گروه ملحق شود.

پرواز در جانوران سقوط‏کننده از درخت تکامل یافته است، نه از جانوران زمین‏زی که باید با سرعت زیاد روی زمین می‏دویدند و سپس از سطح زمین بلند می‏شدند

گروه برای بررسی روبات و پاسخ دادن به سوالات خود، مسابقات مینی‏المپیکی را برای DASH+Wings ترتیب دادند. در این مسابقات روبات روی زمین با سرعت زیادی حرکت می‏کرد. از روی تپه‏ها با سرعت خارق‏العاده‏ای بالا می‏رفت و هنگامی‏که در ارتفاعات قرار می‏گرفت، برای این‌که از مبدا پرش، حداکثر فاصله را بگیرد، از شیوه سر خوردن کمک می‏گرفت. در تمامی این حالت‌ها، گروه عملکرد روبات را در حالت‌های مختلف «روبات بدون بال»، «روبات با بال متحرک» و «روبات با بال ساکن» مقایسه و تمامی اندازه‏گیری‏ها را با استفاده از شتاب‏سنج و دوربین اندازه‏گیری کردند.

پترسون درباره آزمایش‏های انجام‏شده و نتایج آن می‏گوید: «داشتن یک جفت بال متحرک در هر آزمایش، به روبات بسیار کمک می‏کرد، بویژه در سر خوردن از ارتفاعات. بال‏های متحرک به روبات امکان می‏داد به آسانی از تپه‏ها بالا رود و هنگام دویدن روی زمین باعث افزایش سرعت روبات می‏شد، البته تنها تا 90 درصد. این در حالی است که این رقم از 400 درصد لازم برای پرواز، فاصله زیادی دارد. در آزمایش سر خوردن از ارتفاعات، بال‏های متحرک به روبات امکان می‏داد بتواند از مبدا پرواز فاصله بگیرد. درواقع این بال‏ها همانند یک بادبان به روبات کمک می‏کردند تا از مبدا پرواز خود حداکثر فاصله را بگیرد و این حالت نسبت به زمانی که روبات به بال‏های ثابت مجهز شده بود، بسیار بیشتر به چشم می‏آمد. این نتایج به‏طور غیرمستقیم از این نظریه پشتیبانی می‏کرد که پرواز در جانوران سقوط‏کننده از درخت تکامل یافته است، نه از جانوران زمین‏زی که باید با سرعت زیاد روی زمین می‏دویدند و سپس از سطح زمین بلند می‏شدند.»

برندون جکسون، زیست‏شناس تکاملی دانشگاه مونتانا در میسوئولا می‏گوید: «این تحقیق، مثال زیبایی است از این‌که چگونه روبات‏های نسبتاً ساده‏ای که با الهام از موجودات زنده ساخته شده‏اند، می‏توانند در انجام آزمایش‏هایی که بسیار مشکل هستند یا امکان تست آنها در موجودات زنده وجود ندارد، به دانشمندان کمک کنند.» وی در ادامه می‏افزاید: «نتایج به دست‏آمده در این آزمایش از نظریه سر خوردن در هوا پشتیبانی می‏کند، اما این احتمال را که ممکن است اجداد پرندگان آنقدر با سرعت زیاد دویده باشند که در نهایت از سطح زمین بلند شده باشند را هم رد نمی‏کند.» در واقع می‏توان گفت در حال حاضر نمی‏توان به پاسخ مستدل و قانع‏کننده‏ای برای منشأ پرواز پرندگان دست پیدا کرد.