Rémálom? – Póktetemekből készítenek irányítható robotokat a kutatók

A cikk 2022. júliusában íródott:

Egy halott élőlény kvázi feltámasztása, hogy aztán robotként irányítsák a testét annyira félelmetesen hangzik, hogy a sci-fi filmek világán kívül a valóságban nem nagyon tudjuk elképzelni. Pedig az igazság az, hogy nagyon is kísérleteznek hasonlókkal, méghozzá meglepő sikerekkel. A tudomány ezen ágazatát nevezzük nekrobotikának.

A kutatások nagy része azonban pókok tetemein történik, melyek voltaképp az ötletadói a nekrobotoknak. Az ötlet ugyanis akkor fogalmazódott meg a houstoni Rice Egyetem Preston Innovation Lab kutatóiban, amikor egy halott, lábaival összegömbölyödött pókot pillantottak meg egy laboratórium sarkában. Miután a tudósok utánanéztek, hogy a pók miért húzza össze a lábait miután elhalálozott, megtudták, hogy hogy a pókok ízületeit egy hidraulikus nyomásrendszer irányítja, ami az állatok halálakor kvázi meghibásodik.

Ugyanez a csapat arra is rájött, hogy a pókízületek hidraulikáját akár vissza is fejthetnék, ha pedig kibogozzák a működését, akkor akár robot módjára irányíthatnák a tetemet.

A farkaspókok – a Lycosidae családba tartozó, közel 2400 fajt számláló csoport – képesek a náluk jóval nagyobb tárgyak cipelésére, és lábukon apró szőrszálak vannak, amik extra tapadást biztosítanak számukra. A farkaspók tetemébe levegőt fújva a csapat arra lett figyelmes, hogy mind a nyolc láb egyszerre kiegyenesedik, majd újra felgörbül, így pedig egy olyan fogó mozdulatot jön létre, amivel tárgyakat is fel lehet emelni.

A kutatás szerint ez a fajta megfigyelés segíthet már élőlényeket is nekrobotokká változtatni, azaz olyan organikus, bio-robotokká, akik valójában tetemek. „Ez olyasvalami, amit eddig még nem használtak, de rengeteg lehetőség rejlik benne” – mondta a tanulmány vezető szerzője, Daniel Preston, a houstoni Rice Egyetem gépészmérnöki tanszékének adjunktusa.

Az emberekben és más gerincesekben a legtöbb ízületet antagonista izompárok irányítják, vagyis olyan ellentétes izmok, melyek különböző irányba húzzák az ízületet. Az embernél ez a bicepsz és a tricepsz; amikor a bicepsz összehúzódik és a tricepsz ellazul, a karunk könyökben behajlik; amikor a tricepsz összehúzódik és a bicepsz ellazul, a karunk ismét kiegyenesedik.

A pókoknak viszont csak egyetlen hajlítóizmuk van. Ahhoz, hogy a pókok újra kiegyenesítsék a lábukat, amolyan hidraulikus nyomásrendszert használnak, amivel a mellkas melletti kamrából, az úgynevezett prosomából vért préselnek a lábakba. Esetükben a vér az egyetlen „hajlítóizom antagonista”, ami visszanyomja az ízületet. De amikor a pók elpusztul, nem marad semmi, ami ezt az izmot ellennyomná, így az ízületek összezáródnak.

„Amikor elpusztulnak, elveszítik a képességüket, hogy aktívan nyomást gyakoroljanak a testükre” – mondta a közleményben a tanulmány vezető szerzője, Faye Yap, az egyetem gépészmérnöki tudományok doktorjelöltje. „Ezért gömbölyödnek össze.”

Ahhoz, hogy a farkaspókokat nekrobotokká alakítsák, a kutatók újraalkották a pókok hidraulikus rendszerét, a vért levegővel helyettesítve. A csapat egy tűt helyezett egy kiszáradt póktetem prosomájába, és szuperragasztással rögzítette azt. Amikor a tűn keresztül levegőt fújtak a kamrába, a levegőáramlás ugyanúgy aktiválta a hidraulikus rendszert, mint ahogyan a pók áramló vére tenné, és a lábakat kiegyenesedésre kényszerítette. Amikor a levegőt a tűn keresztül visszaszívták, a lábak visszatértek a természetes, görbült helyzetükbe.

A döglött farkaspókok annyira jól megfeleltek az új feladatnak, hogy a kutatók első próbálkozásra működő nekrobotot tudtak létrehozni. „Fogtuk a pókot; belehelyeztük a tűt anélkül, hogy tudtuk volna, mi fog történni” – mondta Yap. „És amikor megtettük, elsőre működött, rögtön az első pillanatban.” Rendkívül ritka, hogy a mérnökök ilyen gyorsan sikerrel járjanak, amikor ilyen típusú próba és hiba kísérletet végeznek – tette hozzá.

A nekrobotokkal végzett további kísérletek azt mutatták, hogy megbízhatóan képesek voltak olyan tárgyakat is felemelni, amiknek a súlya meghaladta a saját testsúlyuk 130%-át, sőt, esetenként még ennél is többet. A lábuk nyitásának és zárásának körülbelül 1000 ciklusa után azonban a nekrobotok egyre kevésbé voltak hatékonyak, és a károsodás jeleit mutatták. A kutatók szerint ez az ízületek kiszáradása miatt történhet, de ezt minden bizonnyal képesek lesznek kiküszöbölni.

A nekrobotok a közlemény szerint számos lehetséges alkalmazási területet kínálnak. A csapat már megmutatta, hogy a pókmarkolókkal elektromos áramkörök törékeny alkatrészeit lehet mozgatni anélkül, hogy azok megsérülnének, ami arra utal, hogy hasznosak lehetnek a mikroelektronika összeszerelésének segítésében és más kisebb építési projekteknél. És ha a tudósok más fajokkal is meg tudják ismételni a munkájukat, az tovább bővítheti azon projektek körét, amelyek hasznát vehetik a nekrobotok finom tapintásának – írják a tanulmányban.

Az ökológusok arra is felhasználhatnák a nekrobotokat, hogy élő rovarokat gyűjtsenek be a vadonból tanulmányozásra anélkül, hogy károsítanák őket – mondta Yap.

A fémből és műanyagból készült mechanikus szerkezetek helyett a nekrobotok használata segíthet az eszközgyártás során keletkező hulladék csökkentésében is. „Maguk a pókok biológiailag lebomlóak” – mondta Preston. „Így nem vezetünk be nagy hulladékáramot, ami a hagyományosabb alkatrészeknél problémát jelenthet.” Ezért is tartják szerencsésnek, hogy a farkaspókok viszonylag gyakori állatok, így bőséges tetemmennyiség várja, hogy nekrobotokká alakuljanak.

via – Advanced Science, LiveScience, IEEE Spectrum