Peter Tucker
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Kleine Kakerlaken mit robusten Exoskeletten benutzen ihre Köpfe "wie einen Autostoßfänger", berichteten Wissenschaftler in einer neuen Studie. Wenn der Kopf einer hastenden Plötze gegen eine Wand stößt, prallt ihr Körper schräg nach oben, sodass das Insekt die vertikale Oberfläche schneller skalieren kann, als wenn es die Bremsen betätigt hätte.
Der direkte Ansatz der Kakerlaken beim Wandklettern ist so effizient, dass er die Forscher dazu inspirierte, winzige Roboter zu entwerfen, die wie die Kakerlaken Wände besteigen können - mit ihren Köpfen. [Die 6 seltsamsten Roboter aller Zeiten]
Wenn Tiere in schwierigem Gelände navigieren, hilft ihnen ein Zusammenspiel zwischen ihren Sinnen und ihrem Gehirn, Hindernissen und möglicherweise tödlichen Fehltritten auszuweichen. Die Strategie der Kakerlaken legt jedoch nahe, dass einige Tiere sich auf ihre eigenen Körperformen verlassen, um sie nicht nur vor Kollisionen zu schützen, sondern diesen Schwung auch in ein erfolgreiches Fluchtmanöver zu lenken, berichteten die Autoren der Studie in der Studie, die online am 13. Februar veröffentlicht wurde im Journal der Royal Society Interface.
Die Forscher testeten 18 männliche Kakerlaken auf mit Papier ausgekleideten Laufflächen, die in senkrechten Wänden endeten, nahmen Hochgeschwindigkeitsvideos mit 500 Bildern pro Sekunde auf und analysierten mithilfe einer Bewegungsverfolgungssoftware den Übergang der Kakerlaken von der horizontalen Spur zur vertikalen Wand.
Für das bloße Auge sah es so aus, als ob alle Kakerlaken, die die Wand erklommen hatten, dies nahtlos taten, stellten die Wissenschaftler in der Studie fest. Das Zeitlupen-Filmmaterial erzählte jedoch eine andere Geschichte: Die Kakerlaken verwendeten zwei verschiedene Strategien, um die Wand zu besteigen. Eine davon bestand darin, die Wand mit den Köpfen zu rammen, um in eine Kletterhaltung "abzuheben".
Und die Kakerlaken waren effizientere Wandkletterer, sagte der Hauptautor der Studie, Kaushik Jayaram, Postdoktorand für Materialwissenschaften und Maschinenbau am Wyss Institute der Harvard University .
"In den Versuchen, in denen sie diesen Head-First-Ansatz verwendeten, stellten wir fest, dass sie etwa 20 Prozent schneller laufen würden, als wenn sie auf ihren Beinen landen und dann die Wand hinaufklettern würden", sagte Jayaram.
"In einer natürlichen Umgebung könnte eine Geschwindigkeitssteigerung von 20 Prozent der Unterschied zwischen Leben und Tod sein, wenn sie versuchen, einem Raubtier zu entkommen", erklärte er.
Roboter navigieren normalerweise mit einer Reihe von Sensoren durch das Gelände, und die Aussicht, einen Roboter zu bauen, der schnell die Richtung zum Klettern ändern kann - unter Verwendung des durch seine eigene Körperform erzeugten Impulses -, war eine faszinierende Herausforderung, sagte Jayaram. Die Wissenschaftler trafen es, indem sie eine spezielle "Nase" für den Roboter entwarfen, die dazu beitrug, ihn im richtigen Winkel nach oben zu neigen, sagte Jayaram.
Sie hatten eine Trapeznase mit einer Kante nach oben vor dem Roboter. Beim Aufprall würde die Nase gegen die Wand streifen und es dem Körper ermöglichen, sich aufzurichten, sagte Jayaram. Obwohl Kakerlaken keine Nasen haben, diente die Struktur des Roboters dem gleichen Zweck wie die Köpfe der Kakerlaken, sodass der Körper die Richtung schnell ändern und dabei wenig Schwung verlieren konnte, berichteten die Autoren der Studie.
Andere Roboterkonstruktionen haben von der Biomechanik von Kakerlaken profitiert. Die Fähigkeit der Insekten, sich durch winzige Öffnungen zu quetschen, inspirierte die Ingenieure, einen winzigen Roboter zu entwerfen, der sich zu Boden drücken und durch enge Risse rutschen könnte. Dies könnte eines Tages dazu beitragen, die Opfer von Erdbeben zu lokalisieren, wie bereits berichtet.
"Die Natur kann ein wichtiger Lehrer sein. Wir erhalten Hinweise darauf, wie Tiere diesen Herausforderungen begegnen können, wenn sie mehrere Aufgaben gleichzeitig erledigen müssen - Laufen, Klettern, Arbeiten in Umgebungen, die sie nicht kennen", sagte Jayaram.
"Wenn wir in komplexeren Umgebungen arbeiten, können wir definitiv aus einigen Beispielen der Biologie lernen - und wir können definitiv auch einige verbessern", sagte er.
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