Осьминоги способны протискивать свои тела через крошечные отверстия

Фото из открытых источников

Осьминоги известны своей способностью менять облик. Они регулярно выбираются из своих резервуаров, протискиваясь через узкие щели, и обладают удивительной способностью находить убежище в самых тесных местах.

Главным ограничением способности осьминога преодолеть узкое место является его твердый клюв и то, насколько ловко он изгибает свои подвижные конечности и мантию.

Инженеры-робототехники в восторге от этого.

«Благодаря сложному поведению, гибкому телу и уникальному управлению моторикой, осьминоги являются убедительными моделями как для биологической, так и для биоинспирированной робототехники», — пишет международная группа исследователей в новой статье, опубликованной в Journal of Experimental Biology.

Данное исследование является результатом сотрудничества экспертов по головоногим моллюскам из Италии и Австрии и инженеров из Центра передовой робототехники Национального университета Сингапура.

«Отсутствие у них жесткого скелета позволяет им претерпевать экстремальные деформации, обеспечивая возможность перемещаться в узких проемах и узких пространствах, предлагая биологическое решение одной из самых насущных проблем в робототехнике», — пишут авторы. «Однако, как именно животное организует свои конечности и тело для взаимодействия и адаптации к ограничениям окружающей среды, остается неясным».

Исследовательская группа внимательно изучала трех молодых обыкновенных осьминогов (Octopus vulgaris), когда они пробирались через отверстия разного размера.

Они снимали видео, пытаясь найти способы разложить движения осьминогов на «моторные примитивы», которые представляют собой основные строительные блоки движения, контролируемые нервной системой, и которые могут быть объединены в различные действия.

Термин «моторные примитивы» на самом деле возник в нейробиологии и с тех пор был заимствован и в области робототехники.

Похоже, что двигательные примитивы, которые осьминог использует для протискивания через отверстие, зависят от размера зазора по сравнению с самим осьминогом.

«Когда отверстие было относительно большим, осьминоги использовали последовательную трехэтапную последовательность действий: зондирование – перемещение щупалец – протискивание», — пишут авторы.

Сначала осьминог исследовал отверстие своими щупальцами, прежде чем пройти сквозь него, сначала одним щупальцем (обычно одним из двух передних щупалец слева), а затем до пяти оставшихся щупалец.

Затем, используя две из уже прошедших через отверстие конечностей, они присасывались к перегородке, окружающей отверстие, и надавливали на нее, осторожно протискивая через него одновременно свою мантию и оставшиеся конечности.

«Когда отверстие стало меньше, заключительный этап сжатия был разделен на два отдельных этапа: перемещение оставшихся рукавов и только затем отдельно мантии, что в итоге привело к четырехэтапной стратегии», — объясняют авторы.

Протащить голову и мантию через отверстие, по-видимому, является особенно деликатной задачей, что неудивительно, учитывая, что в них находятся жизненно важные органы осьминога, включая три сердца, пищеварительную систему и центральный мозг в форме пончика, окружающий пищевод.

Центральная нервная система осьминога заключена в жесткую хрящевую оболочку, которую исследователи использовали в качестве критерия для определения размера отверстия, через которое осьминог может пролезть.

Однако обыкновенные осьминоги смогли использовать вторую, четырехэтапную стратегию, чтобы проходить через отверстия, немного меньшие, чем расстояние между их глазами.

На видео показано, как осьминоги, используя свои мышцы, аккуратно деформируют мантию, протискиваясь через эти, казалось бы, невозможные отверстия.

Команда считает, что эти движения могут вдохновить на создание новой конструкции мягких роботов, используемых в поисково-спасательных операциях, которые в настоящее время, как правило, имеют змеевидную форму, позволяющую им перемещаться через узкие щели.

Конструкция, вдохновленная формой осьминога, позволит разместить больше датчиков и манипуляторов, что обеспечит лучшую адаптивность во время выполнения миссий.

«Выявив общие стратегии, лежащие в основе этого поведения, наше исследование предлагает новую потенциальную комбинацию двигательных примитивов и дает представление об эволюционном интеллекте, который позволяет осьминогам адаптироваться к ограничениям окружающей среды», — пишут исследователи. «Более того, поскольку осьминоги продолжают вдохновлять на развитие мягкой робототехники, более глубокое понимание их стратегий сжатия предлагает ценные принципы для проектирования мягкотелых роботов, способных использовать воплощенный интеллект для навигации и преодоления физических ограничений в сложных условиях».