Воссоздана сложная архитектура щупалец осьминога

Ученые Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне в сотрудничестве с коллегами из Virginia Tech, Университета Северной Каролины и Университета Южной Флориды воссоздали сложную мышечную архитектуру щупалец (рук) осьминога. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Созданная учеными вычислительная модель позволяет объяснить, как механика структуры руки осьминога упрощает управление ее движением. Благодаря мышечной архитектуре, сложные трехмерные повторяющиеся движения руки формируются автоматически, из простых схем сокращения мышц. Это открытие приближает разработку новых кибернетических технологий и мягких роботов, способных к гибкому движению.

Исследователи проанализировали результаты МРТ, а также гистологические и биомеханические данные, что позволило воспроизвести реалистичную руку осьминога, состоящую из почти 200 переплетенных мышечных групп. Исследователи также применили методы отслеживания изображений, чтобы записывать движения осьминога в экспериментальных условиях.

В рамках эксперимента осьминог выполнял задачи в резервуаре с листом оргстекла, через отверстие в котором он просовывал руку, чтобы достать объект с противоположной стороны. Наблюдения помогли ученым собрать данные о движении руки, а затем использовать их для подтверждения того, что их модель способна воспроизводить те же движения, что демонстрировал осьминог.

Исследователи также применили топологию и дифференциальную геометрию для описания формы руки и управления ее движением. Оказалось, что две ключевые топологические величины, извивание и скручивание, связаны с динамикой мышц, а их взаимодействие формирует трехмерные изменения руки, что позволяет достигать сложного движения.

Разработанная модель может использоваться как испытательный полигон для робототехников, помогая тестировать алгоритмы для управления роботизированными системами. Следующие шаги включают расширение модели для управления сразу несколькими руками и перенос результатов на роботизированные прототипы, что позволит в будущем автоматизировать выполнение различных задач.