Caminar y deslizarse no son tan diferentes como crees

Los textos abrahámicos tratan el deslizamiento como una indignidad especial infligida a la serpiente malvada, pero la evolución puede trazar una línea más continua a través del movimiento de los microbios que nadan, los gusanos que se retuercen, las arañas que se deslizan y los caballos que caminan. Un nuevo estudio encontró que todos estos tipos de movimiento están bien representados por un solo modelo matemático. “Esto no surgió de la nada, proviene de nuestros datos de robots reales”, dijo Dan Zhao, primer autor del estudio en Proceedings of the National Academy of Sciences y un doctorado reciente. Graduado en ingeniería mecánica en la Universidad de Michigan. “Incluso cuando parece que el robot se desliza, como si sus pies estuvieran resbalando, su velocidad sigue siendo proporcional a la rapidez con la que mueve su cuerpo”. A diferencia del movimiento dinámico de los pájaros que se deslizan, los tiburones y los caballos al galope, donde la velocidad es impulsada, al menos en parte, por el impulso, cada pizca de velocidad de las hormigas, los ciempiés, las serpientes y los microbios nadadores es impulsada por el cambio de forma del cuerpo. . Esto se conoce como movimiento cinemático. La comprensión ampliada del movimiento cinemático podría cambiar la forma en que los robóticos piensan sobre la programación de robots de muchas extremidades, abriendo nuevas posibilidades para los rovers planetarios andantes, por ejemplo. Shai Revzen, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la UM y autor principal del estudio, explicó que los robots de dos y cuatro patas son populares porque más patas son extremadamente complejas de modelar con las herramientas actuales. “Esto nunca me cayó bien porque mi trabajo era sobre la locomoción de las cucarachas”, dijo Revzen. “Puedo decirte muchas cosas sobre las cucarachas. Una de ellas es que no son matemáticas brillantes”. Y si las cucarachas pueden caminar sin resolver ecuaciones extremadamente complejas, tiene que haber una forma más fácil de programar robots andantes. El nuevo hallazgo ofrece un lugar para comenzar. Los pies resbaladizos complican los modelos de movimiento típicos de los robots, y se supuso que podría agregar un elemento de impulso al movimiento de los robots de muchas patas. Pero en el modelo informado por el equipo de la UM, no es tan diferente de los lagartos que “nadan” en la arena o de los microbios que nadan en el agua. Debido a que los microbios son pequeños, el agua parece mucho más espesa y pegajosa, como si un humano estuviera tratando de nadar en miel. En todos estos casos, las extremidades se mueven a través del medio circundante o se deslizan sobre una superficie, en lugar de estar conectadas en un punto estacionario. El equipo descubrió la conexión tomando un modelo conocido que describe microbios nadadores y luego reconfigurándolo para usarlo con sus robots de múltiples patas. El modelo reflejó de manera confiable sus datos, que provenían de multipods (robots modulares que pueden operar con 6 a 12 patas) y un robot de seis patas llamado BigAnt. El equipo también colaboró ​​​​con Glenna Clifton, profesora asistente de biología en la Universidad de Portland en Oregón, quien proporcionó datos sobre hormigas que caminan sobre una superficie plana. Mientras que las patas del robot se deslizan mucho, hasta el 100% del tiempo para los multipods, las patas de las hormigas tienen conexiones mucho más firmes con el suelo, resbalando solo el 4,7% del tiempo. Aun así, las hormigas y los robots siguieron las mismas ecuaciones, con sus velocidades proporcionales a la rapidez con que movían sus piernas. Resultó que este tipo de deslizamiento no alteraba la naturaleza cinemática del movimiento. En cuanto a lo que esto sugiere sobre cómo evolucionó el caminar, el equipo apunta al gusano que se cree que es el último ancestro común de todas las criaturas que tienen dos lados que son imágenes especulares entre sí. Este gusano, retorciéndose en el agua, ya tenía las bases del movimiento que permitió a los primeros animales caminar sobre la tierra, proponen. Incluso los humanos comenzamos aprendiendo a impulsarnos cinemáticamente, arrastrándonos sobre manos y rodillas con los tres puntos de contacto en el suelo en cualquier momento. Las habilidades de manejar el impulso (correr con cuatro patas o menos, caminar o correr sobre dos piernas, volar o deslizarse) se suman a ese conocimiento más antiguo sobre cómo moverse, sugieren los investigadores. La investigación fue apoyada por la Oficina de Investigación del Ejército (subvenciones W911NF-17-1-0243 y W911NF-17-1-0306), la Fundación Nacional de Ciencias (subvenciones 1825918 y 2048235) y D. Dan and Betty Kahn Michigan-Israel Partnership Mega-Proyecto de Sistemas Autónomos de Investigación y Educación. Zhao ahora es ingeniero de controles sénior en XPENG Robotics. Vídeo: https://youtu.be/fogAQ71V2Cc