پاهای عنکبوت بدون نیاز به کمک مغز تار می‌بافند

پاهای عنکبوت بدون نیاز به کمک مغز تار می‌بافند

پاهای عنکبوت به‌صورت مستقل از مغز عمل می‌کنند و این وظیفه‌ی پیچیده را بدون نیاز به مغز انجام می‌دهند. از این ویژگی می‌توان در صنعت رباتیک استفاده کرد.

عنکبوت‌‌هراس‌ها معمولا حرکت غیرقابل پیش‌بینی عنکبوت را دلیل اصلی ترس خود عنوان می‌کنند و به بالا و پائین رفتن پاهای عنکبوت به‌صورت دوک‌وار و حالت خودکار آن اشاره می‌کنند. براساس پژوهش‌های تیمو کرینگ، هر کدام از پاهای عنکبوت به‌ویژه در وظایف پیچیده‌ی تارسازی به‌صورت مستقل از مغز عمل می‌کنند.

طبق پژوهش‌ها، پاهای عنکبوت «مغز خود» را دارند و تارها را بدون نیاز به مغز عنکبوت می‌سازند. این مسئله می‌تواند به کمک حوزه‌ی رباتیک بیاید که از هوش غیرمتمرکز برای ساخت پاهای خودکار ربات الهام می‌گیرد. پژوهشگرها برای رسیدن به نتایج به بررسی عنکبوت باغی رایج اروپایی با نام علمی آرانیوس دیادماتوس پرداختند.

مهندسان تار

تارهای عنکبوت فواید زیادی دارند. این تارها خانه‌ای امن برای عنکبوت‌ها و دامی نامرئی برای به دام انداختن حشرات دیگر هستند. تارها برای به دام انداختن حشرات دارای داربست ساختاری قوی به نام مارپیچ دام هستند که نرم و چسبناک‌اند و از مکانیزم قرقره‌ای میکروسکوپی برای جذب طعمه برخوردار هستند.

مارپیچ دام برای به دام انداختن مگس‌ها دارای بارهای الکترواستاتیک و همچنین چسب پیچیده‌ای برای نگه‌داشتن آن است و همچنین خاصیت کشسانی معین آن باعث می‌شود تار دربرابر تقلای حشره‌ برای رهایی از دام مقاوم باشد.

الگوی عنکبوتی

با توجه به پیچیدگی بالای تارهای عنکبوت باید این پرسش را مطرح کنیم که چگونه چنین حیوانی با مغزی کوچک می‌تواند ساختار پیچیده‌ای مثل تار را طراحی کرده و بسازد. فناوری مدرن در درک این فرایند به ما کمک می‌کند.

پژوهشگرها با فیلم‌برداری از حرکت هشت پای عنکبوت، موفق به ردیابی شبکه‌ی تارسازی عنکبوت با جزئیاتی بالا شدند و فرایند شکل‌گیری رقص تارها حول محور یک گذرگاه مرکزی با قوانین تکراری را نشان دادند. این قوانین به‌شدت ساده هستند. هر مرحله و تغییرات نخ تابع الگوی ثابتی است. براساس این الگو پاهای عنکبوت با زاویه‌ و فاصله‌ای مشخص نخ‌‌ها را به یکدیگر وصل می‌کند. پژوهشگران پروژه‌ی فوق، سال‌ها قبل عنکبوتی مجازی به نام تسوس را ساختند تا فرایند تنیدن تار واقعی را نشان دهد.

پیچیدگی ساختار تار، حاصل توالی طولانی از هزاران گام کوچک است که هر کدام براساس مراحل قبلی انجام می‌شوند. نتیجه‌ی این فرایند تکراری، شبکه‌ای با ویژگی‌های نوظهور است. ویژگی‌های خاصی که در نتیجه‌ی همکاری مؤلفه‌های مختلف به وجود می‌آیند.

دکتر تیمو کرینگ، مؤلف ارشد پروژه‌ی تسوس این عنکبوت مجازی را معرفی می‌کند.

برون‌سپاری

به دلیل پیچیدگی فرایند تولید تار، مغز عنکبوت این کار را به پاهای آن می‌سپارد. پاهای عنکبوت به‌صورت نیمه‌خودکار تار می‌تنند. هشت پا رقصی را با حلقه‌های بازخورد بسته و محلی انجام می‌دهند.پژوهشگرها برای پی بردن به فرایند فوق در آزمایشگاه در برخی نمونه‌ها، نخ‌های تار را بریدند و در برخی دیگر تار را مانند یک چرخ فلک چرخاندند. هدف از این بررسی تشخیص قوانین حاکم بر تارسازی بود.

پژوهشگرها با توجه به مجموعه‌ای از قوانین از جمله قوانینی که به عنکبوت در ساخت یک تار خراب کمک می‌کنند، به عنکبوت مجازی تسوس آموزش دادند. تسوس براساس رقص عنکبوت‌های واقعی در آزمایشگاه قوانین جدید را آموخت. براساس این رقص‌ها هر کدام از پاها به‌صورت عاملی مستقل عمل می‌کنند. به این ترتیب پژوهشگرها توانستند راز تنیدن تارهای بی‌نقص را با وجود از دست دادن یک پا درک کنند.

وقتی یکی از پاهای عنکبوت از کار می‌افتد، در مرحله‌ی پوست اندازی، پای کوچکتری به وجود می‌آید. پای جایگزین نه‌تنها هم اندازه با نصف پای معمولی است بلکه دارای شکل، حسگرها و موهای متفاوت است. بااین‌حال عنکبوت‌ با پاهای جدید خود فرایند تنیدن تار را ادامه می‌دهد.به نظر می‌رسد پاهای عنکبوت به‌صورت مستقل فکر می‌کنند در نتیجه ویژگی‌های مختلف پاهای جدید بر تولید تار اثری نمی‌گذارند. به این ترتیب مغز از فرایند پیچیده‌ی تولید تار رها می‌شود و تمرکز خود را بر عملایت بقا از جمله جستجوی شکارچیان می‌گذارد. این سیستم غیرمتمرکز و بهینه می‌تواند برای تولید ربات‌های مدرن مفید باشد که اغلب با الهام از دنیای طبیعی ساخته می‌شوند.

عنکبوت‌ها تنها جانداران دارای مغز غیرمتمرکز نیستند. درواقع اغلب جانداران تا اندازه‌ای از این ویژگی برخوردار هستند. برای مثال در انسان این ویژگی به‌صورت عمل تپش پیوسته‌ی قلب مستقل از مغز خود را نشان می‌دهد؛ اما عنکبوت‌ها با تارهای خود واسطه‌ای قابل ردیابی و منسجم را برای ارزیابی و چگونگی درک این عملیات غیرمتمرکز ارائه می‌دهند.دلیل عملیات جالب و بی‌نقص تنیدن‌تار در محاسبات ساده‌ی ساختار پاهای عنکبوت نهفته است. متخصصان ربات این فرایند را رایانش مورفولوژیک (ریخت‌شناسی) می‌نامند و اخیرا به قدرت آن پی برده‌اند. درحالی‌که عنکبوت باغی صد میلیون سال از این روش استفاده می‌کند.


منبع theconversation

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید