Учёные создали роботизированную модель паука, чтобы изучить малоисследованное поведение членистоногих при поиске неподвижной добычи. Эксперименты подтвердили гипотезу о том, что пауки определяют местоположение жертвы, анализируя частотные различия колебаний паутины, — метод, аналогичный эхолокации.

Известно, что пауки, обладая слабым зрением, используют паутину как расширение своей сенсорной системы, регистрируя вибрации от попавшейся добычи. Однако при статичной жертве они демонстрируют специфичное поведение: приседают, раскачиваются или дёргают паутину ногой. Механизм этих действий оставался неясным из-за сложности контролировать переменные в экспериментах с живыми особями. Роботизированная модель позволила решить эту проблему.

«Наша лаборатория изучает биологические задачи через физические модели роботов, — пояснил участник команды Юджин Лин. — Работа с животными трудно воспроизводима, тогда как роботы обеспечивают полную повторяемость. Кроме того, их создание даёт более глубокое понимание биологических систем». Ранее лаборатория разрабатывала роботов, имитирующих тараканов и рыб.

Первая модель робота-паука, оснащённая четырьмя ногами (против восьми у реальных пауков) и акселерометрами на каждой, не могла менять позу, но фиксировала вибрации в синтетической паутине. Позже её модифицировали, добавив актуаторы для движения вверх-вниз. Паутина, подвешенная к потолку, имитировала структуру натуральной: радиальные «нити» из прочного парашютного шнура и спиральные — из эластичных резинок.

В эксперименте робот-жертва, запрограммированный на единичные движения разной амплитуды, помещался на паутину. Выяснилось, что без приседания робот-паук не обнаруживал неподвижную или слабо двигающуюся «добычу», но успешно находил её при интенсивных колебаниях. Анализ данных показал: приседание вызывало вибрации как робота, так и жертвы, но на разных резонансных частотах. Различая их, робот определял местоположение цели. Более того, амплитуда колебаний прямо коррелировала с расстоянием — чем ближе жертва, тем сильнее дрожь.

«Наблюдаемый феномен — не эхолокация в классическом понимании, — уточнил Лин. — Робот-жертва не отражает волны, а генерирует новые колебания при раскачивании паутины роботом-пауком».

Следующее поколение робота, разрабатываемое коллегой Лина Сыюанем Суном, имеет восемь ног с четырьмя суставами каждая, акселерометрами на каждом соединении и силиконовыми «мышцами» вместо торсионных пружин. Новая 3D-модель способна глубже приседать за счёт кабельного привода, синхронизирующего движение ног. В перспективе планируется внедрить пневматическое управление с независимым контролем конечностей.

Робототехнические модели становятся ключевым инструментом в разгадывании биологических загадок, объединяя инженерные и естественнонаучные дисциплины.