نوع جدیدی از کرم پرنده الگوی ساخت ربات‌های آینده شده است

ASaLi_Nh8ay · 12/10/20

محققان دانشگاه دوک آمریکا اخیرا نوعی کرم پرنده را کشف کرده‌اند که بیش از ۳۰ برابر طول بدنش در هوا پرتاب می‌شود و الگویی برای توسعه تجهیزات رباتیک آینده شده است.

به تازگی ویدیویی از یک کرم پرنده از طرف دانشمندان دانشگاه دوک آمریکا منتشر شده که توانایی شگفت‌انگیز این موجود کوچک را در پرتاب خودش در هوا نشان می‌دهد. در بررسی این کشف جالب‌توجه و تلاش دانشمندان برای الگوبرداری از موضوع مورد نظر با ما همراه باشید.

کرم پرنده دانشگاه دوک

کرم مورد نظر نوعی لارو یا نوزاد حشره بوده که کل طول بدنش ۳ میلی‌متر است، اما با نزدیک کردن سر به قسمت انتهایی بدن و بالا بردن فشار مایعات درون بدن خود، می‌تواند تا سی برابر این طول در هوا پرتاب شود. وقتی این دو قسمت از لارو به هم نزدیک می‌شوند، پوشش بدن سر و دم را به هم چسبانده و در نهایت با افزایش فشار، این دو قسمت از هم جدا می‌شوند و کرم ما همانند حشرات و موجودات پرنده‌ای که پا و بال دارند، در هوا به پرواز درمی‌آید.

تمامی این فرآیند در یک دهم ثانیه طول می‌کشد و جهت حرکت این کرم پرنده هم تصادفی انتخاب می‌شود. به هنگام فرود لارو کمی لرزش را تحمل می‌کند و از لحاظ حرکت شناسی می‌توان گفت که چنین رفتاری کمی خطرناک است. محققان دانشگاه دوک با بررسی موجود ریز مورد نظر گفته‌اند که پرش هیدرو استاتیکی لارو که بدون هیچ پا یا انـ*ـدام دیگری انجام می‌شود، به مراتب کاربردی‌تر و سریع‌تر از خزش هر نوع کرم یا هزار پایی بوده که برای جابه‌جایی روی زمین حرکت می‌کند.

آنالیز حرکت این لارو به کمک دوربین‌های پیشرفته اسلوموشن انجام شد و مقاله تیم تحقیقاتی دوک هم در آگوست گذشته، در ژورنال “Journal of Experimental Biology” به چاپ رسید.

شیلا پاتک (Sheila Patek)، پروفسور بیولوژی دانشگاه دوک می‌گوید که توانایی پرش لارو برای حرکت، از ۵۰ سال پیش مورد توجه دانشمندان بوده و از این لحاظ کشف جدیدی رخ نداده است. مهم‌ترین نکته در مورد پژوهش اخیر استفاده از دوربینی بوده که با سرعت ۲۰ هزار فریم در ثانیه، مکانیسم دقیق چنین پرشی را آنالیز کرده و به ما نشان داده که این لارو دقیقا چگونه پرواز می‌کند.

تیم پاتک ساعت‌های طولانی با دوربین مورد نظر حرکت این کرم پرنده را آنالیز کردند و نگه داشتن چنین موجود ریز و پر جنب و جوشی در قسمت فوکوس دوربین کار چالش‌برانگیزی بود. به علاوه تقریبا در تمامی پرش‌های موفقیت‌آمیز، لارو به حدی در هوا پرواز می‌کرد که از قاب دوربین خارج می‌شد.

این محققان می‌گویند که حدودا در یک سوم انتهایی بدن این کرم نوعی انـ*ـدام لولا مانند وجود دارد که همانند یک اهرم امکان پرش شگفت‌انگیز ثبت شده را فراهم می‌کند. از طرف دیگر نکته مهمی که لارو مورد نظر را از سایر لاروهای دیگر متمایز می‌کند، سیستم منحصر به فردی بوده که سر و دم جاندار را قبل از پرش به هم وصل می‌کند. سایر لاروها برای این کار از دهان یا انـ*ـدام‌های عجیب و غریب دیگری استفاده می‌کنند، اما موجودی که دانشگاه دوک در مورد پرواز آن مقاله نوشته، پوستی چسبناک دارد که با کمترین دردسر ممکن، یکی از مهم‌ترین مراحل پرش را اجرا می‌کند.

تصویری نزدیک از پرزهای پوست لارو دانشگاه دوک

همان‌طور که در تصویر بالا می‌بینیم، قسمت چسبناک پوست در زیر میکروسکوپ الکترونی به شکل تعداد بی‌شماری انگشت کوچک دیده می‌شود. این انگشت‌ها تقریبا ۱ میکرومتر عرض دارند و شبیه به پوست کف پای مارمولک‌ها هستند. محققان هنوز نمی‌دانند که چسبندگی مورد نظر به واسطه گره خوردن انگشت‌ها در یکدیگر به وجود می‌آید، یا همانند نحوه چسبیدن مارمولک‌ها به شیشه، جاذبه الکترومغناطیسی بین اتم‌ها چنین تاثیری را شکل می‌دهد.

آغاز تحقیقات در مورد کرم پرنده

کرم پرنده مورد نظر جزو پشه‌های تورمی (Cecidomyiidae) به حساب می‌آید و این‌طور که به نظر می‌رسد، محققان دانش مکانیک حرکتی حیوانات در دانشگاه دوک، در پیدا کردن لارو مورد نظر بسیار خوش‌شانس بوده‌اند؛ بیش از ده گونه مختلف از این پشه‌ها وجود دارند که همگی از گیاهی با نام علف طلایی (Solidago) تغذیه می‌کنند و به واسطه جثه کوچکشان، کمتر دانشمندی سراغ آن‌ها می‌رود.

مایکل وایز (Michael Wise)، استاد زیست شناسی و از معدود دانشمندانی که پشته‌های تورمی را بررسی می‌کند، می‌گوید که پروژه بررسی این جانداران از لحاظ مکانیسم‌های حرکتی به صورت اتفاقی شروع شد. وایز می‌گوید که حدودا دو سال پیش تعداد زیادی از لاروهای تورمی را از یک علف طلایی جمع‌آوری کرد و پس از قرار دادن این لاروها در ظرف آزمایش، بعد از چند دقیقه دید که تنها دو لارو داخل ظرف باقی مانده‌اند.

در واقع توانایی پرواز این کرم‌ها آن‌ها را قادر ساخته بود تا در کوتاه‌ترین زمان ممکن از ظرف آزمایش فرار کرده و در سراسر آزمایشگاه پخش شوند. وایز که با پاتک و دوربین اسلوموشن حرفه‌ای دانشگاه دوک آشنا بود، پیشنهاد داد که از این کرم پرنده فیلم‌برداری شود و مکانیسم حرکتی آن‌ها با دقت بیشتری مورد بررسی قرار بگیرد. به این ترتیب بود که پروژه‌ای که در ابتدا به واسطه کنجکاوی محققان شروع شده بود، به کشفی بزرگ منجر شد.

الگوبرداری در علم رباتیک

همان‌طور که اشاره شد، مشاهده چنین مکانیسمی از چسباندن پوست به کمک انـ*ـدام‌های ریز و انگشت مانند در لاروها دیده نشده بود و انتظار می‌رود که از این طریق بتوان ایده‌های جالبی برای ساخت ربات‌های نرم توسعه داد. پاتک می‌گوید که برای جابه‌جایی، پرش بسیار کارآمدتر از خزیدن عمل می‌کند و چنین مسئله‌ای در ساخت تجهیزات گوناگون مفید خواهد بود.

از طرف دیگر دیده شده که کک، مورچه، میگوی مانتیس و موجودات شگفت‌انگیز دیگری هم از فرآیند پرش و چسبیدن برای حرکت و جابه‌جایی استفاده می‌کنند و این مکانیسم در مقایسه با به کار گیری عضلات و انـ*ـدام‌های گوناگون بسیار بهتر عمل می‌کند.

به علاوه دیده شده که سایر لاروهای مشابه این کرم پرنده از توانایی پرش برای جدا شدن از گیاه و فرود آمدن روی زمین استفاده می‌کنند، اما لارو پشه تورمی هیچ‌گاه گیاه میزبانش را ترک نمی‌کند. به همین دلیل دانشمندان مشغول پیدا کردن دلیلی برای توجیه حرکت پرشی کرم مورد نظر هستند و هنوز کسی نمی‌داند که چرا چنین موجوداتی نیاز به پریدن دارند.

شاید در فرآیند تکامل، توانایی پرش از اجداد پشه تورمی به جا مانده و با اینکه لارو مورد نظر نیازی به پریدن ندارد، همچنان این توانایی در او باقی مانده است؛ شاید هم این تکنیک به لارو کمک می‌کند تا از دست موجودات دیگر و یا حتی زیست شناسان کنجکاو فرار کند.

جواب این سوال هرچه که باشد، به نظر می‌رسد که دانشمندان دانشگاه دوک و محققان دیگری از سراسر جهان در آینده بیشتر مسئله مورد نظر را مورد بررسی قرار خواهند داد.