지금까지 과학자와 엔지니어는 살아있는 유기체에서 영감을 받아 소프트 로봇을 개발하면서 현대의 살아있는 사례에 중점을 두었습니다. 예를 들어, 우리는 이전에 오징어, 메뚜기, 치타를 모방하는 소프트 로봇 공학의 응용에 대해 보고했습니다. 그러나 이제 처음으로 한 연구팀이 소프트 로봇공학과 고생물학의 원리를 결합하여 4억 5천만 년 전에 존재했던 고대 바다 생물인 흉막염의 소프트 로봇 버전을 구축했습니다.
Pleurocystids는 불가사리 및 부서지기 쉬운 별과 같은 현대 극피 동물과 관련이 있습니다. 유기체는 진화에서 매우 중요하다고 믿어지기 때문에 진화에서 매우 중요합니다. 최초의 극피동물 그는 움직일 수 있었습니다. 그는 해저에서 움직일 때 근육질의 몸통을 사용했습니다. 하지만 화석 증거가 부족하여 과학자들은… 명확하게 이해하지 못함 유기체는 물속으로 이동하기 위해 어떻게 몸통을 사용했습니까? 극피동물의 몸통에 초점을 맞춘 이전에 발표된 연구의 저자는 “생활 습관과 자세는 합리적으로 잘 이해되어 있지만 몸통 움직임을 제어하는 메커니즘은 매우 논란의 여지가 많습니다.”라고 말했습니다. 주의.
새로 개발된 극피동물의 소프트 로봇 복제품(“마름모”라고도 함)을 통해 연구자들은 극피동물의 진화와 관련된 유기체의 움직임과 기타 다양한 미스터리를 해독할 수 있었습니다. 그들의 연구에서 그들은 또한 복제물이 생명체 간의 생체 역학적 차이를 탐구하기 위해 소프트 로봇 공학과 화석 증거를 사용하는 비교적 새로운 분야인 고생물학의 기초가 될 것이라고 주장합니다.
소프트 로봇의 복제품 만들기
과학자들이 흉막염처럼 멸종되고 오래된 것의 부드러운 로봇 버전을 만들려고 시도하지 않는 데에는 여러 가지 이유가 있습니다. 현대에는 대응하는 유기체가 없기 때문에 유기체가 어떻게 움직이는지 이해하기가 어렵습니다. 게다가 화석 증거는 유기체가 어떻게 움직였는지에 대한 제한된 정보만을 제공합니다. 예를 들어, 일부 연구자들은 흉막포낭염 박테리아가 헤엄친다고 제안하지만, 다른 사람들은 논쟁한다 그들은 조정 또는 정현파 움직임을 보여주었습니다.
이러한 문제를 극복하기 위해 연구자들은 극피동물을 전문으로 하는 고생물학자들과 협력했습니다. 그들은 화석 이미지, CT 스캔 및 찾을 수 있는 기타 모든 증거를 수집한 다음 이 데이터를 사용하여 흉막낭의 몸체와 줄기를 디자인했습니다. 그런 다음 엘라스토머 몰딩과 3D 프린팅을 사용하여 설계에 따라 로봇의 다양한 부품을 제작했습니다.
로봇이 몸통(실제 팔다리처럼)을 사용하여 움직이게 하려고 했을 때 또 다른 난관에 직면했습니다. “소프트 액추에이터는 종종 타서 영구적으로 늘어나는 형상기억합금(SMA)인 니티놀 와이어를 사용합니다. 이를 위해서는 스템을 여러 개(약 100개 제작) 제작하고 상태가 나빠지면 교체해야 합니다.
또한, 연구자들이 너무 크고 단단한 기존의 작동기를 사용할 수 없었기 때문에 흉막염 박테리아의 부드럽고 근육질인 몸통을 복제하는 것도 어려웠습니다. “대신에 우리는 전기 자극에 반응하여 수축하는 니켈-티타늄 합금으로 구성된 특수 '인공 근육' 와이어를 사용해야 했습니다. 이를 통해 몸통과 같은 모터를 만들 수 있었습니다.”라고 연구의 수석 저자인 Carmel Majidi는 덧붙였습니다. 카네기멜론대학교 기계공학과 교수 “천연 근육질 몸통의 유연성과 일치합니다.”
그런 다음 연구자들은 마름모가 물속에서 어떻게 움직일지 알아보기 위해 몇 가지 시뮬레이션을 실행했습니다. 그들은 몸통이 길수록 움직임이 더 좋아진다는 것을 발견했습니다. 연구에 따르면, 이는 시간이 지남에 따라 흉막의 다리가 더 길어졌다는 것을 암시하는 화석 증거와 일치했습니다.
시뮬레이션을 연구한 후 연구원들은 바닥 표면이 해저와 유사한 42×42인치 수족관에 로봇을 배치했습니다. 그들은 로봇의 움직임을 조사하기 위해 각각 2분 동안 여러 테스트를 수행했습니다. “우리는 넓고 넓은 보행이 이러한 극피동물에게 가장 효율적일 수 있으며, 몸통 길이를 늘리면 최소한의 추가 에너지 비용으로 속도가 크게 증가할 수 있음을 보여줍니다.” 주의 그들의 연구에서.
멸종된 동물 연구
고생물학을 사용하여 고대 멸종 생물의 정확한 복사본을 만드는 것은 흥미로운 것처럼 들리지만, 화석 기록이 할 수 없다는 것을 로봇이 우리에게 무엇을 말해 줄 수 있습니까? 우리가 마지디에게 이 질문을 던졌을 때 그는 과학자들이 기존 종에서 영감을 받은 로봇에만 집중함으로써 다른 많은 생명체의 삶을 지배하는 생물학적, 진화적 원리를 배울 수 있는 좋은 기회를 놓칠 수 있다고 설명했습니다.
예를 들어, 한 추정에 따르면 여기에는 현대 유기체가 포함됩니다. 단 1% 지구상에 존재했던 모든 생명체 중. “우리는 한때 지구를 돌아다닌 1%가 아닌 99%의 종으로부터 배울 수 있습니다. 수백만 년 동안 성공적으로 살아왔지만 환경의 급격한 변화로 인해 멸종된 생물이 많이 있습니다.”라고 Majidi는 말했습니다. 아르스 테크니카.
이러한 생물의 소프트 로봇 복제품은 고생물학자들에게 고대 생물 형태가 어떻게 움직이고 진화했는지에 대한 가설을 조사하기 위한 실험적 테스트 플랫폼을 만드는 강력한 도구를 제공합니다.
현재 연구는 소프트 로봇이 멸종된 유기체를 “소생”시키고 그들의 운동 및 생체 역학을 연구하는 데 사용될 수 있음을 성공적으로 보여줍니다. Desatnick은 “이것은 소프트 로봇 커뮤니티 내에서 이전에 수행된 적이 없으며 이 분야에 대한 더 많은 연구에 영감을 주기를 바랍니다”라고 덧붙였습니다.
PNAS, 2023. DOI: 10.1073/pnas.2306580120 (디지털 ID에 대하여)
Rupendra Brahambhatt는 경험이 풍부한 저널리스트이자 영화제작자입니다. 그는 과학과 문화 뉴스를 다루고 있으며 지난 5년 동안 세계 각지에서 활동하는 가장 혁신적인 뉴스 대행사, 잡지 및 미디어 브랜드와 적극적으로 협력해 왔습니다.
