ملخص: قام الباحثون بإنشاء نموذج حسابي غير مسبوق لذراع الأخطبوط، يتضمن ما يقرب من 200 مجموعة عضلية لفهم كيفية تحكم هذه الكائنات في أطرافها المرنة بشكل مذهل. تكشف الدراسة أن الحركات ثلاثية الأبعاد المعقدة يمكن أن تنشأ من أنماط عضلية بسيطة بشكل مدهش، مما يوفر رؤى لكل من علم الأحياء والروبوتات.
المجلة: إجراءات الأكاديمية الوطنية للعلوم، 1 أكتوبر 2024، DOI: 10.1073/pnas.2318769121 | مدة القراءة: 4 دقائق
فك شفرة أكثر الأطراف مرونة في الطبيعة
على عكس البشر الذين يتحكمون في حركتهم من خلال دماغ مركزي، تمتلك الأخطبوطات نظامًا عصبيًا موزعًا مع قدرات اتخاذ القرار منتشرة على طول أذرعها. يمكن لكل ذراع العمل بشكل مستقل، محققة درجات حركة لا نهائية تقريبًا – وهي إنجاز لطالما حير العلماء والمهندسين على حد سواء.
يقول البروفيسور ماتيا غازولا: “الدافع العام هو معرفة كيفية التحكم في نظام معقد له العديد من درجات الحرية وإيجاد بديل لتشغيل حسابات مكلفة”. “الأخطبوط هو نموذج حيواني مثير للاهتمام تم دراسته منذ الثمانينيات. [الباحثون] يريدون معرفة ‘السر’ وراء قدراته.”
من الأخطبوط الحي إلى النموذج الحاسوبي
جمع فريق البحث بين عدة أساليب لفهم التحكم في ذراع الأخطبوط. استخدموا التصوير بالرنين المغناطيسي وتحليل الأنسجة لإنشاء نموذج مفصل لبنية العضلات في الذراع. كما سجلوا أخطبوطات حية تؤدي مهاماً معينة، متتبعين حركتها أثناء وصولها عبر ثقب في ورقة بلاستيكية للتلاعب بالأشياء.
لاحظ غازولا عند مراقبة الأخطبوط: “كان الأمر أشبه بالعمل مع طفل صغير”. “عليك أن تعرف كيف تقترب منه وتبقيه مشغولاً.”
تبسيط المعقد
اكتشف الباحثون أنه يمكن تحقيق حركات ذراع معقدة من خلال أنماط تنشيط عضلي بسيطة نسبيًا. يوضح غازولا: “بدلاً من العمل مع آلاف درجات الحرية، ربطنا كميتين طوبولوجيتين – الالتواء والتدوير – بديناميات العضلات.” تعمل هاتان الكميتان اللتان تتحكمان فيهما مجموعات عضلية مختلفة معًا لإنشاء حركة ثلاثية الأبعاد.
يمكن أن يؤدي هذا الفهم إلى تقدم في مجال الروبوتات. كما يشير الطالب الخريج أرمان تيكينالب: “أجد أنه مثير جدًا للاهتمام التعلم من الحيوانات الحية وترجمة بعض الرؤى إلى أفكار لتصميم الروبوتات اللينة.”
مسرد المصطلحات
- الهيدروستاتيكي العضلي: هيكل بيولوجي مثل ذراع الأخطبوط يتحرك بدون عظام.
- الطبولوجيا: دراسة الخصائص الهندسية التي تظل غير متغيرة تحت التشوه.
- الالتواء: مقياس لكيفية التواء منحنى حول نفسه في الفضاء ثلاثي الأبعاد.
- درجات الحرية: عدد الطرق المستقلة التي يمكن لشيء ما التحرك بها.
اختبار
- كم عدد مجموعات العضلات الموجودة في نموذج ذراع الأخطبوط الخاص بالباحثين؟
الإجابة: ما يقرب من 200
- كيف تختلف الأخطبوطات عن البشر فيما يتعلق بتنظيم الدماغ؟
الإجابة: لديهم نظام عصبي موزع مع اتخاذ القرار منتشر على طول أذرعهم
- ما المعدات التي استخدمها الباحثون لدراسة حركة الأخطاء الحية؟
الإجابة: ورقة بلاستيكية بها ثقب ليصل إليه الأخطبوت
- ما الكميتين اللتين استخدمهما الباحثون لفهم حركة الذراع؟
الإجابة: الالتواء والتدوير
هل استمتعت بهذه القصة؟ اشترك في نشرتنا الإخبارية! https://scienceblog.substack.com/
