Математическая модель, с помощью которой можно описать передвижения многоногих существ, оказалась гораздо проще, чем считали ученые. Сравнивая движения муравьев и роботов, американские исследователи показали, что с помощью одних и тех же формул можно описать ходьбу, прыжки, скольжение и плавание.
© Flickr
Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) выяснили, что математическая модель, описывающая ходьбу, гораздо проще, чем считалось прежде. Результаты их исследования, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, позволят робототехникам создавать гораздо более простые модели для описания перемещений роботов.
Изначально ученые исследовали ходьбу муравьев, чтобы применить полученные данные в робототехнике. Однако в процессе исследований они обнаружили новую взаимосвязь между ходьбой, прыжками, скольжением и плаванием в вязких жидкостях, актуальную для многоногих животных.
Авторы анализировали ходьбу аргентинских муравьев. Эти насекомые могут преодолевать большие расстояния, а кроме того легко адаптируются к лабораторным условиям. Движения муравьев ученые сравнивали с движениями различных роботов, для чего использовали алгоритм, разработанный исследовательской группой из Мичиганского университета (США), который превращает сложные перемещения в математическую модель. Ученые обнаружили простую взаимосвязь между тем, в какой позе находится муравей, и тем, куда он собирается двигаться в следующий момент времени.
Одни и те же алгоритмы оказались применимы как к движению муравьев, так и к двум типам роботов, даже несмотря на то что количество скользящих движений при ходьбе у них сильно отличалось. У муравьев скольжение составляло всего 4,7 процента от общего движения, у шестиного робота этот процент достигал 12-22, а у роботов с 12 ногами — 40-100.
Модель успешно предсказывала, куда насекомое или робот будет двигаться дальше, на основе того, в какой позе находилось его тело. Ранее ее использовали только для описания скользящего движения и плавания, однако она оказалась применима к ходьбе на нескольких ногах, независимо от размера ходоков и того, скользят они или нет.
Исследователи полагают, что эти универсальные принципы могут быть важны для понимания эволюции животных, например перехода от плавания к ходьбе. Учитывая, что ходьба, даже без скольжения, подчиняется тем же физическим принципам, что и плавание, первые наземные животные могли уже иметь готовые нейронные механизмы, необходимые для передвижения по суше.
