ربات هایی که به ماهی های باستانی جان دوباره می‌بخشند!

حدود 390 میلیون سال پیش، تغییری عظیم در تاریخ حیات بر روی کره زمین رخ داد و نخستین موجودات زنده از آب به خشکی پا گذاشتند. این گذار عظیم، که به طور بنیادینی مسیر تکامل جانداران را دگرگون کرد، همواره یکی از چالش‌های پژوهشی دیرینه‌شناسان و زیست‌شناسان بوده است. برای مطالعه این دوره مهم و چگونگی وقوع آن، تیمی از محققان دانشگاه کمبریج به رویکردی نوین و پیشگامانه دست یافته‌اند. این گروه در تلاش هستند ربات‌هایی با الهام از ماهی‌های باستانی بسازند که بتوانند مراحل اولیه حرکت جانداران روی خشکی را شبیه‌سازی کنند. این ربات‌ها که به «پالئوربات» مشهور شده‌اند، با تقلید از ساختار و حرکات ماهی‌های منقرض شده، بینش‌های جدیدی در خصوص چگونگی تکامل حرکت و سازگاری با خشکی به دانشمندان ارائه می‌دهند. در ادامه با دیجی رو همراه باشید.

گذار از آب به خشکی: یکی از بزرگترین نقاط عطف تکامل

گذار از آب به خشکی را می‌توان یکی از مهم‌ترین رویدادهای زیست‌شناسی و زمین‌شناسی دانست. موجودات آبزی اولیه با کسب توانایی زیستن در خشکی، وارد شکلی جدید از زندگی شدند و سرانجام به اشکال پیچیده‌تری از حیات روی زمین تبدیل شدند. این تغییرات، نه تنها بر ساختار بدنی جانداران اثر گذاشت، بلکه موجب تغییرات اساسی در نحوه حرکت، سیستم‌های فیزیولوژیکی و توانایی‌های سازگاری آن‌ها شد. بقایای فسیلی موجود از این دوره، برخی اطلاعات را در اختیار پژوهشگران قرار می‌دهند؛ اما محدودیت‌های زمانی، موقعیت جغرافیایی و تغییرات محیطی باعث شده‌اند که این اطلاعات ناکافی باشند و تصویری جامع و دقیق از چگونگی این گذار ارائه نشود.

از این رو، دیرینه‌شناسان همواره به دنبال راه‌های نوینی برای پر کردن این شکاف‌ها بوده‌اند. فسیل‌ها اطلاعات محدودی درباره ساختار بدنی و الگوهای حرکتی جانداران در اختیار ما می‌گذارند و برای درک دقیق‌تر، نیازمند شبیه‌سازی فیزیکی هستیم. ربات‌ها به عنوان ابزاری نوین در این زمینه وارد شده‌اند تا این کمبودها را جبران کرده و داده‌هایی دقیق‌تر و کاربردی‌تر ارائه دهند.

شبیه‌سازی رباتیک برای پر کردن شکاف‌های فسیلی

تیم رباتیک دانشگاه کمبریج، با توجه به محدودیت‌های موجود در داده‌های فسیلی، به طراحی و ساخت ربات‌هایی پرداخته که بتوانند اطلاعاتی مفید درباره ساختار و حرکات جانداران باستانی فراهم کنند. دکتر مایکل ایشیدا (Michael Ishida)، نویسنده ارشد این مطالعه، معتقد است که ربات‌ها می‌توانند محدودیت‌های فسیل‌ها را جبران کرده و به پژوهشگران امکان دهند تا شکاف بین شواهد فسیلی و حرکت واقعی این جانداران را پر کنند.

این تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور فومیا اییدا (Fumiya Iida)، با الهام از گونه‌هایی مانند گل‌ماهی‌ها که امروزه نیز قادر به حرکت در خشکی هستند، و همچنین از ساختارهای استخوانی فسیل‌های ماهی‌های باستانی، ربات‌هایی طراحی کرده‌اند که مفاصل مکانیکی آن‌ها، حرکات عضلات و رباط‌های ماهی‌های منقرض شده را شبیه‌سازی می‌کند. این رویکرد می‌تواند محققان را به سوی شناخت بهتر از الگوهای حرکتی جانداران اولیه هدایت کرده و به پاسخ دادن به برخی از سوالات مهم درباره تکامل حرکت و تغییرات فیزیکی جانداران کمک کند.

شبیه‌سازی حرکات و الگوهای مصرف انرژی در پالئوربات‌ها

یکی از موضوعات کلیدی در پژوهش‌های این تیم، بررسی میزان انرژی مصرفی برای هر نوع حرکت است. دکتر ایشیدا و همکارانش تلاش می‌کنند تا با تحلیل دقیق حرکات ربات‌ها و بررسی میزان انرژی مصرفی، به سوالات مهمی درباره نحوه حرکت جانداران باستانی پاسخ دهند. برای مثال، اطلاعات حاصل از آزمایش‌ها به ما می‌گویند که کدام نوع حرکت برای این جانداران بهینه‌تر بوده و توانسته‌اند انرژی کمتری را مصرف کنند. این اطلاعات می‌تواند به دانشمندان کمک کند که بهتر درک کنند کدام الگوهای حرکتی باعث تکامل سریع‌تر شده و موجب سازگاری بیشتر جانداران با خشکی شده است.

چالش‌های پیش روی پژوهش‌های پالئورباتیک

یکی از بزرگترین چالش‌ها در این زمینه، فقدان سوابق فسیلی کامل و جامع است. بسیاری از گونه‌های باستانی از این دوره تنها از بقایای ناقص شناخته می‌شوند که شبیه‌سازی حرکات واقعی آن‌ها را دشوار می‌کند. برخی از استخوان‌ها و مفاصل این موجودات فقط به صورت بخش‌های کوچکی حفظ شده‌اند، بنابراین بازسازی دقیق نحوه عملکرد و اتصال این استخوان‌ها به هم نیازمند تحلیل‌های حدسی و تطبیقی است.

به عنوان مثال، دکتر ایشیدا اشاره کرده که در مواردی، پژوهشگران باید حدس بزنند که چگونه استخوان‌ها به هم متصل شده بوده و چه کاربردی داشته‌اند. این مسئله به ایجاد شکاف‌های اطلاعاتی درباره سازگاری فیزیکی و الگوهای حرکتی این جانداران منجر می‌شود. با وجود این محدودیت‌ها، ربات‌ها به پژوهشگران کمک می‌کنند تا این حدس‌ها را آزمایش و در نهایت تایید یا رد کنند. دکتر ایشیدا در این‌باره می‌گوید:

ربات‌ها می‌توانند به ما کمک کنند تا به سوالاتی درباره سازگاری و حرکات جانداران اولیه پاسخ دهیم و شواهدی جدید برای پشتیبانی یا رد نظریات موجود ارائه کنیم.

نقش ربات‌ها در تحقیقات بین‌رشته‌ای و مزایای آینده‌نگرانه

این پروژه در کنار اهمیت آن در زمینه تکامل جانداران، بستر مناسبی برای تحقیقات بین‌رشته‌ای ایجاد کرده است. پالئوربات‌ها می‌توانند پژوهشگرانی از حوزه‌های مختلف مانند زیست‌شناسی، مهندسی، فیزیک و حتی علوم رایانه را به همکاری دعوت کنند. این هم‌افزایی میان رشته‌ها، نه تنها به درک بهتر نحوه تکامل حرکات جانداران کمک می‌کند، بلکه می‌تواند به تولید فناوری‌های نوینی در زمینه‌های مختلف منجر شود. از طریق این پروژه، همکاری بین زیست‌شناسان و مهندسان امکان‌پذیر شده و آن‌ها می‌توانند از طریق پالئوربات‌ها به سوالاتی پیچیده درباره حیات باستانی و تغییرات زیستی پاسخ دهند.

آینده پژوهش‌های پالئورباتیک و چشم‌اندازهای بلند مدت

پژوهش‌های تیم کمبریج هنوز در مراحل اولیه قرار دارند، اما محققان امیدوارند که در سال‌های آینده به نتایج بیشتری دست یابند. استفاده از این ربات‌ها نه تنها می‌تواند به درک بهتر از تاریخ تکاملی جانداران کمک کند، بلکه می‌تواند روش‌هایی جدید برای مطالعه سایر موجودات منقرض‌شده ارائه دهد. محققان امیدوارند که دستاوردهای آن‌ها به پژوهشگران انگیزه دهد تا از رویکردهای رباتیک برای مطالعه بیومکانیک موجودات منقرض شده و فرایندهای تکاملی بهره‌برداری کنند.

این پژوهش که با حمایت «برنامه علوم مرزی انسانی» (Human Frontier Science Program) انجام شده، رویکردی نوآورانه را به نمایش می‌گذارد که می‌تواند نه تنها در زمینه علوم زیستی، بلکه در رباتیک و هوش مصنوعی نیز به پیشرفت‌های نوینی منجر شود. دکتر اییدا و دکتر ایشیدا امیدوارند که پالئوربات‌ها به عنوان الگویی موفق، پژوهش‌های بیشتری را در جهت مطالعه زندگی باستانی و تکامل جانداران به دنبال داشته باشند.

نگاهی به تأثیرات این پژوهش بر علوم مختلف

این پروژه علاوه بر اهمیت علمی و تحقیقاتی خود، نشان دهنده قابلیت‌های بی‌نظیر فناوری رباتیک برای مطالعه فرایندهای طبیعی است. پالئوربات‌ها امکان تعامل در دنیای واقعی را فراهم می‌کنند و می‌توانند به پژوهشگران کمک کنند تا به نظریات مربوط به حرکات موجودات باستانی، سازگاری‌های فیزیولوژیکی و حتی دلیل حرکت جانداران اولیه پاسخ دهند. این کاربردهای نوین می‌تواند فرصت‌هایی برای همکاری‌های علمی بیشتر و همچنین توسعه فناوری‌های کاربردی‌تر در آینده فراهم آورد.

در نهایت، پالئوربات‌ها می‌توانند نقش بسزایی در درک بهتر تاریخ حیات روی کره زمین ایفا کرده و به پژوهشگران این امکان را بدهند که به سوالات پیچیده‌تری درباره گذشته، گذارهای زیستی و تغییرات فیزیکی پاسخ دهند.