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Pesquisadores do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Carnegie Mellon, em colaboração com paleontólogos da Espanha e da Polônia, usaram evidências fósseis para projetar uma réplica robótica suave do pleurocistitídeo, um organismo marinho que existiu há quase 450 milhões de anos e que se acredita ser um dos os primeiros equinodermos capazes de se mover usando uma haste muscular.
Publicado hoje em Os Anais da Academia Nacional de Ciências (PNAS)a pesquisa busca ampliar a perspectiva moderna do design e movimento animal, introduzindo um novo campo de estudo – Paleobiônica – que visa usar Softbotics, robótica com eletrônica flexível e materiais macios, para compreender os fatores biomecânicos que impulsionaram a evolução usando organismos extintos. .
“Softbotics é outra abordagem para informar a ciência usando materiais macios para construir membros e apêndices robóticos flexíveis. Muitos princípios fundamentais da biologia e da natureza só podem ser totalmente explicados se olharmos para trás, para a linha do tempo evolutiva de como os animais evoluíram. Estamos construindo robôs análogos para estude como a locomoção mudou”, disse Carmel Majidi, autor principal e professor de Engenharia Mecânica na Carnegie Mellon University.
Com o tempo que os humanos passaram na Terra representando apenas 0,007% da história do planeta, o reino animal moderno que influencia a compreensão da evolução e inspira os sistemas mecânicos atuais é apenas uma fração de todas as criaturas que existiram ao longo da história.
Usando evidências fósseis para orientar seu design e uma combinação de elementos impressos em 3D e polímeros para imitar a estrutura colunar flexível do apêndice móvel, a equipe demonstrou que os pleurocistitídeos provavelmente eram capazes de se mover no fundo do mar por meio de uma haste muscular que empurrava o animal para frente. Apesar da ausência de um análogo atual (os equinodermos evoluíram desde então para incluir as estrelas do mar e os ouriços-do-mar modernos), os pleurocistitídeos têm sido de interesse dos paleontólogos devido ao seu papel fundamental na evolução dos equinodermos.
A equipe determinou que movimentos amplos eram provavelmente o movimento mais eficaz e que aumentar o comprimento da haste aumentava significativamente a velocidade dos animais sem forçá-los a exercer mais energia.
“Os pesquisadores da comunidade da robótica de inspiração biológica precisam escolher características importantes que valem a pena adotar nos organismos”, explicou Richard Desatnik, candidato a doutorado e co-primeiro autor.
“Essencialmente, temos que decidir sobre boas estratégias de locomoção para fazer nossos robôs se moverem. Por exemplo, um robô estrela do mar realmente precisaria usar 5 membros para locomoção ou podemos encontrar uma estratégia melhor?” acrescentou Zach Patterson, ex-aluno da CMU e co-autor.
Agora que a equipe demonstrou que pode usar a Softbotics para projetar organismos extintos, eles esperam explorar outros animais, como o primeiro organismo que poderia viajar do mar para a terra – algo que não pode ser estudado da mesma forma usando robôs convencionais. hardware.
“Trazer uma nova vida a algo que existia há quase 500 milhões de anos é emocionante por si só, mas o que realmente nos entusiasma neste avanço é o quanto seremos capazes de aprender com ele”, disse Phil LeDuc, co-autor, e Professor de Engenharia Mecânica na Carnegie Mellon University. “Não estamos apenas olhando fósseis no solo, estamos tentando entender melhor a vida trabalhando com paleontólogos incríveis”.
Colaboradores adicionais incluem Przemyslaw Gorzelak, Instituto de Paleobiologia, Academia Polonesa de Ciências, e Samuel Zamora, Instituto Geológico e de Mineração da Espanha.
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