Почему же так много внимания уделяется саламандрам? Может потому, что они нравятся «биовдохновлённым» робототехникам. Однако есть более важные соображения, которые делают саламандру интересным объектом изучения. Саламандры - относительно примитивные четвероногие животные, что делает их проще в изучении и моделировании. Они также представляют переходной вид между рыбами и сухопутными животными.
Что ещё более уникально: способность саламандры плавать в воде и ходить по земле обеспечивается её скелетно-мышечной структурой и периферической нервной системой (без участия головного мозга). Если у саламандры (без головы) стимулировать спинной мозг электрическими импульсами, она начнет идти. Если усилить стимуляцию – саламандра пойдёт быстрее. А, если далее продолжать стимуляцию спинного мозга, то безголовая электросаламандра зомби начнёт делать плавательные движения.
Зачем это нужно? Причина состоит в том (помимо очевидного применения: пополнение армии зомби) что большинство человекоподобных роботов тратят слишком много своего программного обеспечения лишь для того, чтобы сохранять равновесие во время движения. Переход к разумно разработанной конструкции с низкоуровневым управлением мог бы быть выгодным для роботов, используемых как на суше, так и в водной среде.
Pleurobot (так разработчики назвали свою модель саламандры) означает, что этот робот «реалистическая модель, основанная на структуре и физиологии животного». Реализовать такой подход в роботе (в противоположность обычному моделированию) очень важно. Потому что невозможно точно смоделировать способ, которым физические объекты взаимодействуют с окружающей средой просто в программном обеспечении.
Чтобы максимально точно скопировать движения саламандры, разработчики использовали скоростную (500 кадров в секунду) рентгеновскую фотографию движений животного. При этом удалось создать робота в 9 раз большего по размерам саламандры. Нежелательное увеличение размеров произошло из-за того, что движения робота обеспечиваются сервомоторами, а у них есть минимальный размер. В роботе используются 27 сервомоторов вместе с 11 сегментами «позвоночника». Это - намного меньше, чем у реальной саламандры. Исследователи говорят, что робот согласно расчётам ещё может «в достаточно хорошей степени подражать изгибу позвоночника саламандры при различных её походках». Вычисления были тщательно калиброваны, чтобы удостовериться, что скорость и сила движений робота сопоставимы с меньшей по размеру саламандрой. Всё это было проверено экспериментально.
Цели экспериментов:
- продемонстрировать, что можно воспроизвести два основных способа передвижения саламандры, так хорошо, что можно будет воспроизвести более сложные виды движений, если они будут зарегистрированы у животного;
- убедиться, обеспечивают ли воспроизведённая на основе скоростной рентгеновской фотографии кинематика движений животного, коэффициенты масштабирования поведение, сопоставимым с саламандрой. Второй пункт особенно поможет робототехникам запланировать будущие эксперименты, в которых в робот будет включена нейронная модель вместо записанной заранее кинематики движения саламандры.
Сами по себе эксперименты были прямые: сравнивались рентгеновские фильмы передвижения робота и саламандры, и оценивалось, как близко они соответствовали друг другу. Результаты оказались довольно хорошими. Было обнаружено несколько несущественных отличий: длина шага робота (с учётом масштабирования) оказалась немного короче, чем должна была быть, и скорость перемещения оказалась чуть более быстрее. Плавающие движения оказались также довольно похожими. В целом, более крупный робот воспроизводил «походки» с замечательным правдоподобием.
В отличие от копий животных в парках развлечений, которые прикреплены к земле, перемещение робота в трехмерном пространстве - результат сложных физических взаимодействий между движениями робота и окружающей средой. Робот должен быть разработан так, что эти взаимодействие должны быть такими же, как у животного. Например, во время передвижения по земле, неточное распределение массы тела может привести к неправильной ориентации тела и к неправильному контакту с поверхностью земли. Например, конечность не касающаяся земли, когда она должна это делать. Точно так же, плавание робота может сильно отличаться от плавания животного, если геометрические и динамические свойства робота не были должным образом согласованы с такими же характеристиками саламандры. Косвенные и прямые сравнения робота и животным, указывают на то, что движущие силы взаимодействия близко соответствую друг другу.
Таким образом, швейцарские робототехники создали очень точную роботизированную саламандру. Дальше что? Во-первых, будучи исследователями, они хотят сделать то, что исследователи всегда хотят сделать: сделать ещё более точным. Например, экспериментальная проверка показала, что пальцы на ногах робота важны, и что ноги-шарики - нехороший компромисс. Они также хотят использовать лучше управляемые приводы, чтобы лучше подражать работе мышц саламандры.
…Робототехников-исследователей часто ставят в тупик простые вопросы. Какова практическая польза от вашего робота? Где его можно использовать? Гипотетически, земноводного робота-саламандру, способного к эффективному передвижению в двух средах, можно использовать для поиска и спасения людей в зонах бедствия. Данный робот добавляет оптимизма в том, что можно создавать роботов, которые могут эффективно передвигаться, используя простые нейронные и скелетно-мышечные структуры. При этом отпадает необходимость перенапрягать «мозг» робота, и он сможет думать о более важных вещах.