ฟิสิกส์ของการเดินสำหรับสัตว์และหุ่นยนต์หลายขานั้นง่ายกว่าที่เคยคิดไว้ นั่นคือการค้นพบที่อธิบายโดยทีมหุ่นยนต์ นักฟิสิกส์ และนักชีววิทยาใน Proceedings of the National Academy of Sciences ฉบับวันที่ 5 กันยายน ในบทความเรื่อง “การเดินก็เหมือนการลื่นไถล: มุมมองการเคลื่อนไหวที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูลและเป็นหนึ่งเดียว ”
“นี่เป็นสิ่งสำคัญเพราะจะช่วยให้นักหุ่นยนต์สร้างแบบจำลองที่ง่ายกว่ามากเพื่ออธิบายวิธีที่หุ่นยนต์เดินและเคลื่อนที่ไปทั่วโลก” Nick Gravish ผู้ร่วมเขียนบทความของภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบินและอวกาศแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานกล่าว ดิเอโก้.
ก่อนหน้านี้นักวิจัยได้ศึกษาการเดินของมดและต้องการดูว่าการค้นพบนี้สามารถนำไปใช้กับหุ่นยนต์ได้อย่างไร ในกระบวนการนี้ พวกเขาค้นพบความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ใหม่ระหว่างการเดิน การกระโดด การลื่นไถล และการว่ายน้ำในของเหลวหนืดสำหรับสัตว์หลายขาและหุ่นยนต์
ทีมวิจัยได้ศึกษาอาณานิคมของมดอาร์เจนตินาหลายแห่งที่ UC San Diego และหุ่นยนต์หลายขาสองประเภทที่มหาวิทยาลัยมิชิแกน
Glenna Clifton อาจารย์ประจำมหาวิทยาลัยพอร์ตแลนด์ ผู้ซึ่งทำการวิจัยมดส่วนใหญ่ในขณะที่เธอเป็นนักวิชาการดุษฎีบัณฑิตในห้องทดลองของ Gravish ที่ UC San Diego กล่าวว่า “มดอาร์เจนตินานั้นง่ายต่อการศึกษาในห้องแล็บ”
มดอาร์เจนติน่าเป็นนักเดินที่ดีที่สามารถวิ่งได้ไกลบนภูมิประเทศที่หลากหลาย มดเหล่านี้ยังเคยชินกับสภาพแวดล้อมในห้องทดลอง และสร้างอาณานิคมขึ้นใหม่อย่างรวดเร็ว นักวิจัยสามารถกระตุ้นให้พวกเขาเดินโดยวางอาหารไว้ในสถานที่เฉพาะ “มดเหล่านี้จะตั้งเส้นทางหาอาหารและติดตามพวกมัน” คลิฟตันกล่าว “พวกมันเด้งกลับอย่างรวดเร็ว และพวกเขาก็ไม่โกรธ”
ในการศึกษาสัตว์และหุ่นยนต์ต่างๆ เหล่านี้ นักวิจัยได้ใช้อัลกอริธึมที่พัฒนาโดยกลุ่มวิจัยของ Shai Revzen ที่มหาวิทยาลัยมิชิแกน ซึ่งเปลี่ยนการเคลื่อนไหวของร่างกายที่ซับซ้อนให้กลายเป็นรูปร่าง “อัลกอริธึมนี้ช่วยให้เราสามารถสร้างความสัมพันธ์ง่ายๆ ระหว่างท่าทางที่คุณอยู่ในและตำแหน่งที่คุณจะก้าวต่อไป” Gravish กล่าว
นักวิจัยพบว่าอัลกอริธึมเดียวกันนี้สามารถใช้ได้ทั้งกับมดและหุ่นยนต์สองประเภทในการศึกษานี้ แม้ว่าจำนวนการเคลื่อนไหวที่ลื่นขณะเดินจะแตกต่างกันอย่างมาก มดอาร์เจนตินาไม่ลื่นมากเมื่อเดิน – เพียง 4.7% ของการเคลื่อนไหวทั้งหมด ในทางตรงกันข้าม เปอร์เซ็นต์การลื่นไถลนั้นคือ 12% ถึง 22% สำหรับหุ่นยนต์ BigANT หกขา และ 40% ถึง 100% สำหรับหุ่นยนต์ multipod ที่มีหกถึง 12 ขาในการศึกษา ซึ่งบางครั้งคลาน
เมื่อใช้แบบจำลองนี้ นักวิจัยสามารถคาดการณ์ได้ว่าแมลงหรือหุ่นยนต์จะเคลื่อนตัวไปที่ใดต่อไป โดยอิงจากท่าทางหรือรูปร่างของพวกมัน นักวิจัยเขียนว่า “นี่เป็นแบบจำลองสากลสำหรับตำแหน่งที่ใช้เมื่อใดก็ตามที่การเคลื่อนไหวถูกครอบงำด้วยความเสียดสีกับสิ่งแวดล้อม”
คณิตศาสตร์ที่นักวิจัยใช้ไม่ใช่เรื่องใหม่ แต่คณิตศาสตร์เป็นที่เข้าใจกันว่าใช้กับการลื่นไถลและการว่ายน้ำในของเหลวหนืดเท่านั้น ทีมงานแสดงให้เห็นว่าใช้สมการเดียวกันกับการเดินหลายขา ไม่ว่าคนเดินจะลื่นหรือไม่ก็ตาม นอกจากนี้ ใช้กฎเดียวกันตั้งแต่แมลงขนาดมิลลิเมตร เช่น มด ไปจนถึงหุ่นยนต์มาตราส่วนเมตร ชื่อบทความในเวอร์ชันแรกคือ “เดินเหมือนหนอน”
“ความเป็นสากลของแนวทางนี้อาจมีการประยุกต์ใช้ในการออกแบบหุ่นยนต์และการวางแผนการเคลื่อนไหว และให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิวัฒนาการและการควบคุมการเคลื่อนไหวขา” นักวิจัยเขียน
นักวิจัยตั้งสมมติฐานว่าหลักการสากลเหล่านี้อาจมีนัยสำหรับการทำความเข้าใจการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญของวิวัฒนาการ เช่น จากการว่ายน้ำไปจนถึงการเดิน เนื่องจากการเดินแม้จะลื่นไถลก็ตาม ตามหลักการควบคุมทั่วไปเช่นเดียวกับการว่ายน้ำแบบหนืด สัตว์บกในยุคแรกๆ อาจมีวงจรประสาทที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนที่บนบกอยู่แล้ว
นักวิจัยไม่ได้ศึกษาสิ่งมีชีวิตสองขา แต่แบบจำลองนี้จะใช้ได้กับพวกมันตราบเท่าที่พวกมันเคลื่อนไหวอย่างช้าๆ ให้เท้าทั้งสองข้างอยู่บนพื้นพร้อมกัน และไม่ตก (ภาพไมเคิล แจ็กสันเดินมูนวอล์ก)
ทีมงานยังคงมีการปรับแต่งที่ต้องทำมากขึ้น เพื่อให้เข้าใจ เช่น บทบาทของแรงเสียดทานในแบบจำลอง
Gravish กล่าวว่า “ไม่ว่าจะด้วยวิธีใด การเดินอาจง่ายกว่าที่เราคิด
