Šikovný ocásek: Geometrie mořských koníčků

Šikovný ocásek: Geometrie mořských koníčků
Sdílej
 

 

 

Skvělá předloha pro vývoj robotů se někdy skrývá na nečekaných místech. Třeba tam, kde ve vodě postávají stádečka mořských koníčků.

Technicky vzato je mořský koníček ryba. Ryba by měla mít šupiny. Měla by plavat v horizontální poloze a její pohonnou jednotkou by měla být ocasní ploutev. Nic takového od koníčků nečekejte. Místo šupin mají kůží potažené kostěné pláty, které vytvářejí jakési brnění. Díky němu je koníček obtížně spolknutelným soustem, kterému se většina predátorů raději vyhne. Plave ve stoji a „pohon“ mu zajišťuje hřbetní ploutev. Manévrování mají na starosti hrudní ploutve umístěné na stranách hlavy.

Podvodní chápan

Ocasní ploutev během evoluce koníčků úplně zmizela a nahradil ji chápavý ocásek, který se těší velkému zájmu vědců. Kupodivu hlavně těch, kteří se zabývají konstrukcí robotů. Koníčkův ocásek je velmi flexibilní. Dokáže se stáčet, ohýbat, obtáčet předměty a snadno se vracet do původního tvaru. Současně výborně odolává pokusům o rozdrcení (například ze strany dravých ryb) a svého majitele dokáže pevně ukotvit k větvičce korálu či stonku mořské řasy. Koníček se tak může nehybně skrývat před predátory a přitom číhat, až kolem poplave vhodná kořist.

Nápadná výjimka

Robotů a jiných umělých struktur, které by vynikaly ohebností a odolností zároveň, není mnoho. Inženýři z Oregonské státní univerzity se proto rozhodli detailně prostudovat ocásek koníčků a získat inspiraci pro vývoj nové robotí generace. Ocasy opic, plazů, hlodavců a dalších zvířat, která příroda vybavila dlouhými ocásky, mají jedno společné: Ocas je měkká struktura s kulatým průřezem. Mořští koníčci se vymykají. Jejich ocásek tvoří páteř obklopená kostěnými hranoly. Na průřezu má proto tvar čtverce. Inženýři spekulovali o tom, že šikovné vlastnosti mu dodává právě tato geometrie.  

 

Vytištěný ocásek

„Geometrickou teorii“ potvrdily dva trojrozměrné modely, které vznikly metodou 3D tisku. První z nich věrně imitoval hranatý ocásek mořského koníčka. Druhý model byl hypotetický: Zpodobňoval ocásek, v němž ocasní obratle místo čtvercových hranolů obklopovaly kruhovité prstence. Modely prošly testováním zaměřeným na dvě vlastnosti, které jsou pro mořské koníčky životně důležité: uchopování a odolnost vůči rozdrcení. V obou typech testů jednoznačně vedl ocásek s čtvercovým průřezem.

 

Čtverec vítězí

Ocásek s čtvercovým průřezem se v uchopovacích testech „kroutil“ o něco méně ochotně než kulatý model. Tím ale lépe chránil koníčkovu páteř a současně se snáze vracel do původního tvaru. Také síla úchopu byla lepší, protože hranatý ocásek přilne k podkladu větší plochou. Pro testy odolnosti se inženýři vybavili paličkou, kterou bušili do obou modelů a sledovali míru jejich deformace. Kulatý model měl sklon se „rozplácnout“, ale u hranatého se hranoly při použití stejné síly jen lehce posunuly vůči sobě.

Návrat k brnění

Vývojáři nyní mají v ruce dostatek informací k tomu, aby se mohli pustit do dalšího kroku: Sestrojit robota, ve kterém by byly uplatněny prvky „odkoukané“ od mořských koníčků. Takový robot by jednou mohl sloužit i v lidské medicíně. Protáhl by se kolem kostí a orgánů a v cílovém místě by měl dost síly na to, aby provedl chirurgický zákrok. Vyloučený není ani vývoj nových typů obrnění. V takovém případě by umělá struktura vlastně dělala to samé jako její živá předloha.

 

Více o mořském koníkovi:


Mořský minikoníček: Menší než nejmenší kopýtko

Mořský minikoníček: Menší než nejmenší kopýtko

Záhada mořského koníčka

Záhada mořského koníčka



 

Články odjinud