Хобот слона демонстрирует необычайную универсальность. Он может манипулировать одной травинкой, но в то же время способен нести грузы весом до 270 кг. Используя технологии захвата движения, разработанные для киноиндустрии, группа ученых из Женевского университета (UNIGE) демонстрирует, что сложное поведение хобота слона возникает из комбинации конечного набора основных движений, таких как распространение искривления вовнутрь и образования псевдосуставов. Кроме того, швейцарская команда демонстрирует, что скорость движения хобота слона подчиняется математическому закону, наблюдаемому в движениях руки человека. Эти результаты опубликованы в журнале Current Biology.
Сначала исследователи разместили отражающие маркеры вдоль хоботов двух взрослых африканских слонов и с высокой точностью записали их траектории в 3D с помощью нескольких инфракрасных камер, расположенных вокруг. Эта технология заимствована из киноиндустрии: Голлум во «Властелине колец» или Навис в «Аватаре» были воплощены в жизнь путем переноса на созданных в цифровом виде персонажей движений актеров с маркерами захвата движения.
Сегодня швейцарская команда показывает, что слоны используют фундаментальный принцип упрощения: сложные траектории хобота составляются с использованием языка кинематических движений. Исследователи определили набор инструментов из примерно 20 основных простых движений, которые объединяются туловищем для создания определенного сложного поведения, подобно тому, как сложное предложение состоит из комбинации слов. Выбранные и объединенные элементы зависят от задачи, которую выполняет слон.
«При захвате и закреплении предмета для транспортировки хобот демонстрирует локальное сгибание, которое распространяется от его кончика к наиболее базальным частям. В то же время, когда слон достигает цели, он расширяет и втягивает определенные части своего хобота», — объясняет Поль Дагене, один из исследователей команды ученых.
Меняются объекты — хобот слона меняет стратегии хватания. Например, захватывая легкий деревянный диск, животное использует всасывание в качестве подъемной силы. Но оно используется лишь для фиксации, в то время как сам хобот оборачивается вокруг предмета, чтобы усилить захват.
Хобот образует жесткие сегменты, соединенные воображаемыми «суставами», на мгновение создавая впечатление, что это локоть и запястье — так он берет предметы.
«Мы обнаружили: то, насколько замедляется туловище при движении по кривой, можно точно предсказать на основе локальной кривизны этой траектории; примечательно, что такое математическое соотношение между скоростью и кривизной траектории также существует для руки человека, когда он рисует, — отмечает Мишель Милинкович, профессор кафедры генетики и эволюции факультета естественных наук UNIGE и руководитель группы Швейцарского института биоинформатики SIB. — Наконец, используя современную компьютерную томографию (КТ), магнитно-резонансную томографию (МРТ) и серийные срезы, швейцарская команда исследовала анатомию хоботов африканских и азиатских слонов с беспрецедентными подробностями».
Все эти результаты послужат основой для разработки новой концепции при создании роботов. Новая стратегия позволит инженерам разрабатывать механических помощников для обнаружения, достижения, захвата, манипуляций с различными предметами.
Фото: phys.org
24.08.2021
Елена Краснова
Нет комментариев