Хребетний робот допоміг вченим з'ясувати, як навчилися повзати перші земноводні - наші досить далекі предки.
Родоначальниками амфібій (земноводних) вважаються кістепері риби, що жили в прісноводних озерах Девонського періоду. Вони вийшли з води приблизно 350 млн. років тому, коли на стародавніх континентах почали активно пересихати внутрішні моря, озера і великі болота, що займали значну частину суші. Прісноводні риби відчували постійну нестачу води і кисню, тому деякі з них стали пристосовуватися до наземного середовища проживання.
Спершу риби навчилися повзати по землі, відштовхуючись від неї плавниками: коли місце проживання починало стрімко пересихати, іноді це допомагало дістатися до іншої водойми. Ті, хто вмів повзати довше і швидше, мав більше шансів на виживання, тому в результаті еволюційного відбору плавники поступово перетворилися на кінцівки, а плавальний міхур трансформувався в легені, що дозволяють дихати атмосферним киснем. До того моменту суша була вже заселена рослинами, ракоподібними і комахами, і їжі на ній було предостатньо. Амфібії швидко навчилися харчуватися наземними істотами, ставши першими хребетними, які змогли повністю порвати з водною стихією. Зрештою, саме від них відбулися рептилії, птахи, ссавці та інші високорозвинені форми життя, в тому числі і люди.
Перехід до наземного способу життя був пов'язаний не тільки з фізичними, але і з нервовими метаморфозами. Він тягнув за собою істотні зміни у функціонуванні нервової системи, відповідальної за управління м'язами і кінцівками. Риби переміщуються у воді, звиваючись усім тілом, при цьому плавники виконують допоміжну функцію при маневруванні. Такий спосіб руху, заданий на рівні вроджених рефлексів, погано підходить для повзання по землі. Тут головну роль повинні грати саме плавники, зачатки майбутніх кінцівок, причому рухатися вони повинні в абсолютно нехарактерному для водного середовища ритмі. Крім того, на землі слід за можливості позбутися від звивання - воно завадить кінцівкам робити свою роботу і обернеться зайвою тратою сил.
Група європейських вчених досліджувала механізм переходу від плавання до повзання за допомогою спеціального сконструйованого робота. Створений ними апарат Salamander складається з дев'яти послідовно сполучених сегментів, що імітують хребетний стовп. Він оснащений чотирма простими кінцівками, які дозволяють йому повзати, відштовхуючись від землі. Завдяки позитивній плавучості робот також вміє плавати, звиваючись на зразок риби або змії. Працюючи з ним, вчені шукали відповідь на три основні питання: які зміни в пристрої спинного мозку були необхідні для переходу від плавання до повзання? як при цьому координувалися рухи кінцівок і тіла? і яким чином спинний мозок інтерпретував команду центральної нервової системи до зміни типу пересування?
Під час експериментів робот отримував по бездротовому зв'язку прості команди, на зразок тих, які могли продукуватися центральною нервовою системою амфібії. Вони являли собою прямі вказівки: «пів», «пливи», «швидше», «повільніше», «вправо», «вліво» тощо. Завдяки закладеному набору рухових шаблонів Salamander самостійно перетворював ці команди на координовані рухи всіх частин тіла. Він успішно змінював швидкість і вектор переміщення, переходив від плавання до повзання і назад (побачити це можна у відеоролику).
Каже керівник дослідження, професор Ауке Ійспірт (Auke Ijspeert): "Робот наочно показує, що створена нами модель дуже близька до реальності. Його рухи дуже схожі на рухи справжніх земноводних. Природа розробила дуже ефективний спосіб управління м'язами, при якому прості керуючі сигнали мозку запускають складні рухові шаблони, зашиті в нервових ланцюгах хребта. Це фантастично вдале рішення дозволяє керувати численними ступенями свободи дуже простим розподіленим методом ".
Публікація Space Daily