Doğanın Mekanik Sırları Daha Hızlı Robotlar Oluşturmaya Yardımcı Olabilir

0
258

Doğanın en etkileyici çeneleri bir ayı ya da köpekbalığına değil, Odontomachus bauri adlı bir böceğe aittir. Yaygın olarak avını yakalamak ve kendini tehlikeden uzaklaştırmak için kullandığı tuzak çene karıncaları olarak bilinen mandibles, her şey 1 saniye içerisinde gerçekleşmektedir. Her çeneden gelen kuvvet, böceğin vücut ağırlığını 300 kattan fazla aşar, karıncaya daha yükseklere uçmasını sağlar. Çenesinden enerji toplayarak 8 santimetreden 40 santimetreye yakın mesafelerde sıçrama gerçekleştirme yeteneğindedir.

Böceğin sırrı, büyük miktarlarda enerji depolamasına ve neredeyse anında salmasına izin veren bir yaylı mandal sistemidir. Bu tür sistemler, hayvanlar (örneğin, aşırı derecede pugilistik mantis karidesi gibi ), bitkiler (kötü şöhretli Venüs sinek kuşu gibi) ve hatta mantarların birçoğu sporlarını olağanüstü fungal güç ile dışarı attıran küçük organizmalarda yaygındır .

Ancak her organizmanın yaylı mandal sistemi aynı şekilde çalışmıyor. Evrimci biyomekanist olan Sheila Patek , “Küçük biyolojik olayların tek başına kasların tek başına yapamayacağı gücü üretebildiğini biliyorduk  ve yayların ve mandalların dahil olduğunu biliyorduk çünkü onları görebildik” diyor . Duke Üniversitesi. “Bilmediğimiz şey, biyolojinin bunu nasıl yaptığıdır.” Ve biyologlar bu mekanizmaları anlamıyorlarsa, mühendisler onları robotlar gibi sentetik sistemlere çeviremezler.

Küçük ve hızlı işleri yöneten mekanik prensipleri daha iyi anlamak için, Patek ve çok disiplinli bir araştırmacı ekibi, 100’den fazla biyolojik ve sentetik sistemde araştırmacıların standardize edilmemiş kütle, hız ve ivme ölçümlerini standartlaştırmak için yarım asır harcamışlardır. Venüs sineklerinden esinlenilen robotların yanı sıra minik yayların, mandalların, mermilerin ve motorların etkileşimlerini modellemişlerdir. Sentetik tasarımların geliştirilmesi için doğada daha çok gözlem yapmak gerekiyor.

Araştırmacıların en büyük katkıları arasında, küçük yay tabanlı sistemlerin, tamamen kaslarla güçlendirilenlerden daha faydalı hale geldiği noktaların ayrıntılı bir incelemesi yer almaktadır. Buna göre kaslar sadece çok hızlı hareket edebilir ve daha az güç harcarlar. Bu güç çıkışlarına bir kapak koyar (bilirsiniz, kuvvet zaman hızı). Yay ve mandal sistemleri, kasların kuvvet-hızlı traverslerini engellemenin bir yolunu sunar. Ve bilim adamları, genel olarak, yayların faydalarının belirli bir boyut sınırında olduğuna inanmaktadırlar. Örneğin; bir ok atmak için bir yay kullanabilirsin, ama asla ağır bir kayayı ilerletebilmek  için asla kullanamazsın. Bu sınır bir sistemin başarmasını istediğiniz şeye göre önemli ölçüde değişir: Merminize iletilen gücü en üst düzeye çıkarmak ister misiniz? Merminizin kalkış süresi? Merminin başladığı hız? Her durumda, bir yay güdümlü sisteme göre kas tahrikli bir sistemin tercih edildiği kütle farklıdır.

Haydi düşünüp, konuşalım. Bir çekirge düşünün. Ayrıca bir mantis karidesi düşünün. Her iki organizma da yay tabanlı sistemler kullanırlar. Çekirge atlamak için,mantis karidesi salyangozların kabuklarını kürdan büyüklüğünde bir çekiçle yıkmak için kullanırlar. Sistemleri çok farklı sorunların çözümüne yönelirler.

Çekirge, ayakları zemin ile temas halindeyken sıçraması için gereken kuvvet ve momentumu geliştirmeye ihtiyaç duyar, dolayısıyla yay-mandal sistemi, böceğin bacaklarını kırmasın diye nispeten yavaş bir şekilde hızlanmayı geliştirmek için evrimleşmiştir. Diğer yandan, mantis karidesi avını yok etmek zorundadır ve bu yüzden de olabildiğince fazla enerji harcayarak çekiciyle vurmalıdır. Yay ve mandal sistemi, neredeyse anlık bir etki için en yüksek ivmeyi sağlamak üzere gelişmiştir.