Robotický krokodýl pomohl vyřešit 300 milionů let starou záhadu

Pomocí robotického plaza, dávných stop, počítačové simulace a zkamenělin badatelé zjistili, že zvířata po Zemi chodila docela moderním způsobem dřív, než jsme si mysleli. Vyzkoušejte si pravěkou chůzi v simulátoru!

Každá končetina má pět kloubů, jejichž pohyb lze ovládat. V páteři je pět motorizovaných kloubů, které umožňují ohýbání. Foto: Nyakatura et al./Nature

Před 300 miliony let chodil po Zemi zvláštní býložravý tvor zvaný orobates. V době, kdy zvířata teprve obezřetně vylézala z vody a začínala objevovat rozsáhlou pevninu, byl orobates průkopníkem: neplazil se, ale už chodil po čtyřech. A chůze s pomocí čtyř končetin byl poměrně složitý a přelomový evoluční „vynález“. Jak to víme? Jednak díky zachovalým zkamenělinám a stopám tohoto tvora, ale také díky počítačové simulaci a robotovi.

Doposud se předpokládalo, že orobates a další pravěcí čtyřnožci neměli žádnou pokročilou chůzi, ale že se spíš plazili jako mloci. Nyní však ze zprávy publikované v časopise Nature vyplývá, že orobates chodil již velmi komplexním způsobem. Na uvedeném výzkumu není důležitý jen jeho výsledek (jistě významný, neboť má důsledky i pro pochopení celého vývoje pohybu po souši), ale i mezioborové pojetí bádání, kdy se spojily paleontologie, biomechanika, počítačová simulace, zkoumání živých zvířat, a dokonce i využití robotického modelu pravěkého tvora.

Počítačová simulace vedle záznamu pohybu skutečného robotického modelu tvora. Foto: Nyakatura et al. / Nature

Pokud bychom měli k dispozici jenom kostru pravěkého živočicha nebo jenom jeho stopy, způsob pohybu z těchto indicií neodvodíme. „Stopy prozrazují jenom činnost chodidel,“ říká biomechanik John Hutchinson z Royal Veterinary College. „Je tu totiž ve hře mnoho stupňů volnosti, tedy směrů, kterými se kloub může pohybovat.“ Všichni lidé mají koneckonců stejnou anatomii, ale každý chodí trochu jinak, a dokonce lze se stejným ustrojením těla chodit velmi výstředně. Z kostry a zároveň ze stop už se však dá leccos zjistit.

V počítačové simulaci vědci zkoušeli měnit různé parametry, například míru prohnutí páteře při pohybu. Simulace pomohla popsat síly, které na živočicha působily, a badatelům tak dala vodítko k sestavení mechanického modelu zvířete.

S důmyslnou počítačovou simulací plaza si dokonce můžete pohrát sami! Stačí kliknout sem. Tečky na trojrozměrných grafech znázorňují různé druhy kroku. Když na ně poklikáte, dole uvidíte dotyčný styl chůze v akci. Povšimněte si, že červené tečky označují poněkud neohrabanou chůzi, kdežto tečky modré vypadají už lépe. Úplně dole můžete i na videu vidět, jak se pohybují žijící podobní živočichové, jako třeba kajman, mlok nebo leguán. A pomocí jezdců vlevo můžete měnit i další parametry, jako například energetickou efektivnost (power efficiency) nebo kolizi kostí. Při ní se simuluje množství chrupavky kolem kloubů. O chrupavkách nevíme nic, neboť ty vzaly během milionů let za své. Platí však, že čím víc chrupavky, tím méně kosti o sebe při pohybu narážejí a pohybují se volněji.

Při zkoumání pravěké chůze se uplatnil i robot OroBOT, který co možná nejvíc napodobuje anatomii daného zvířete. Každá končetina má pět poháněných kloubů s aktuátory (což je v robotice termín pro motor). Páteř je opatřena pěti klouby s aktuátory, což umožňuje její ohýbání.

A jak tedy orobates chodil? Poměrně vzpřímeně, po čtyřech, spíš jako kajman než jako mlok. Dříve se myslelo, že tento způsob pohybu se vyvinul až později. Pokud bychom všechny živočichy brali jako své příbuzné, pak by bylo možné říct, že životu a pohybu na souši jsme se přizpůsobili nad očekávání rychle.



Další články k tématu: Uncategorized