Секрет хобота: как слоны учат роботов мягкому захвату

Хобот для слона — это и рука, и нос, и инструмент. С его помощью животное ест, пьёт, общается, изучает мир и даже мастерит простые орудия. Всё это благодаря шести группам мышц и невероятной нервной чувствительности. Он сочетает в себе грубую силу и ювелирную точность, используя три основных приёма: мощное всасывание, щипок двумя «пальцами» на кончике и обхват, как рукой.

Исследователь Полин Костес вместе с коллегами провела эксперименты с шестью слонихами в зоопарке, чтобы измерить, насколько силён их щипковый захват. Журнал The Conversation поговорил с ней о результатах. Получилось весьма познавательно!

Что искали учёные и почему это важно?

Наша цель была — измерить максимальную силу щипка, которую развивает кончик хобота африканского слона. Хобот — это сплошные мышцы, без единой косточки. Но при этом он нашпигован нервами, что даёт ему не только мощь, но и феноменальную чувствительность и управляемость.

Раньше учёные измеряли силу всего хобота, когда слон обхватывает что-то. Мы же сосредоточились именно на кончике — тех самых двух «пальцах» (верхний заострённый и нижний округлый). Именно они отвечают за тонкую работу.

Инженеры, создающие роботов, давно пытаются повторить гибкость и универсальность живых тканей. Последние 20 лет хобот слона — главный источник вдохновения для разработки роботизированных захватов. Ведь как иначе научить машину брать и яйцо, и булыжник, не повредив ни то, ни другое?

Нам нужно было понять, на что способен этот природный «пинцет». Такое точечное усилие позволяет слону манипулировать мельчайшими предметами. Эти знания — золотая жила для мягкой робототехники, которая создаёт машины из гибких, податливых материалов.

И что же выяснилось? Цифры!

Мы измерили максимальное усилие. Оно составило 86,4 ньютона. Для сравнения: сила щипка между большим и указательным пальцем у человека — всего 49–68 ньютонов. То есть слоновый «пальчик» мощнее человеческой руки! Причём достигает этой силы без видимого напряжения.

Главный вывод: кончик хобота слона создан для высокоточного, но не обязательно сильного захвата. Это именно то, что нужно для будущих мягких робоманипуляторов. Ведь многим роботам важно не сломать, а аккуратно взять.

Захваты, вдохновлённые хоботом, могут адаптировать свою форму под любой предмет. И сфер применения — масса:

• Медицина: роботы для деликатной хирургии, способные обойти хрупкие ткани.
• Промышленность: работа с хрупкими или сложными деталями на конвейере.
• Наука: создание аппаратов для исследования труднодоступных мест, вроде завалов или других планет.
• Сельское хозяйство: автоматический сбор урожая, при котором ягоды и фрукты останутся целыми.

А самим слонам от этого какая польза?

Непосредственная выгода — это обогащение среды для слонов в неволе. Наши эксперименты стали для них интересной игрой и умственной тренировкой.

Но есть и долгосрочная польза. Изучая тонкости хвата у разных групп слонов, мы начинаем понимать, как их диета связана со средой обитания. Эти знания критически важны для сохранения вида. Когда климат меняет ландшафты и растительность, слонам приходится адаптировать свои пищевые привычки. Понимая механику их хобота, мы можем прогнозировать, насколько успешной будет эта адаптация. Так что исследование помогает не только роботам, но и их живым прототипам.