Sci - nature wiki

تساعدنا الروبوتات في فهم الطبيعة

0
بيكساباي

يتجه العلماء أكثر فأكثر إلى الروبوتات لجمع البيانات التي يحتاجونها لإجراء البحوث المتعلقة بالموائل الطبيعية والحيوانات التي تعيش فيها.

ألن يكون أمراً رائعاً أن يكون لديك روبوت خاص بك ؛ خادم ميكانيكي هدفه الوحيد هو جعل حياتك أسهل قليلاً من خلال إحضار الأشياء لك والقيام بالتنظيف والطبخ؟ بعد كل شيء ، عادةً ما تظهر لنا الكتب والأفلام والمسرحيات التي تدور أحداثها في المستقبل القريب مثل هذا العالم وتخلق توقنا إليه.

في الحقيقة ، من المحتمل أن تحدث تقنيات الروبوتات التي تنسجم بسلاسة مع حياتنا الشخصية في غضون العشرين عامًا القادمة. هذا ما جعلني أفكر: كيف ستؤثر الروبوتات قريبًا على تفاعلاتنا ودراساتنا حول العالم الطبيعي؟

لست مضطرًا لأن أتساءل بكل هذا العناء. تقوم الروبوتات بالفعل ببعض الرفع الثقيل عندما يتعلق الأمر بفهم الطبيعة – أماكنها البرية وسكانها البرية.

تعتبر جزر غالاباغوس واحدة من الوجهات الأولى في العالم لمشاهدة الحياة البرية. تؤوي التضاريس المعزولة مجموعة متنوعة من أنواع الحيوانات والنباتات ، لا يوجد الكثير منها في أي مكان آخر. © بيدرو زيكلي ، فليكر

التعلم من السحالي الروبوتية في غالاباغوس

تصف منظمة الأمم المتحدة للتربية والعلم والثقافة (اليونسكو) جزر غالاباغوس التسعة عشر والمحمية البحرية المحيطة بها – وهي أحد مواقع التراث العالمي – بأنها “متحف حي” فريد وعرض للتطور. تقع جزر غالاباغوس عند التقاء ثلاثة تيارات محيطية ، وهي بوتقة تنصهر فيها الأنواع البحرية. يعكس النشاط الزلزالي والبركاني المستمر العمليات التي شكلت الجزر. أدت هذه العمليات ، جنبًا إلى جنب مع العزلة الشديدة للجزر ، إلى تطور حياة حيوانية غير عادية – مثل الإغوانا البرية والسلحفاة العملاقة وأنواع عديدة من العصافير – التي ألهمت نظرية التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي لتشارلز داروين بعد زيارته في عام 1835. “

وهنا ، في هذا الأرخبيل الفريد من نوعه ، استخدم العلماء أولاً روبوتًا يتفاعل مع الكائنات البرية في الوقت الفعلي لتعزيز المعرفة بأنواع الحياة البرية.

لتجنب الإصابة من مسابقات الذكور إلى الذكور ، تعرض بعض الحيوانات سلوكيات – مثل تغيرات اللون أو تسلسل الحركات – التي تعرض حجم الجسم والقدرة القتالية. في سحالي الحمم البركانية في غالاباغوس ، فإن أحد أكثر السلوكيات المعروفة هو حركة الرأس (أو الضغط).

تعد سحالي الحمم البركانية من أكثر الزواحف وفرة في جميع أنحاء جزر غالاباغوس. غالبًا ما توجد في مجموعات كبيرة ترتفع درجة حرارتها في الشمس فوق الحمم البركانية ، مما يعطيها اسمها الشائع. © ستيفن دوسريميديوس ، فليكر

في محاولة لمعرفة ما إذا كانت السحالي ستتفاعل بسرعة أكبر وبقوة مع عرض التمايل لخصمهم إذا حدث ذلك على الفور – على عكس ما إذا كان هناك تأخير بعد التحدي الأولي – استخدم العلماء روبوتات سحلية يتم التحكم فيها عن بُعد مصنوعة من الخشب المنحوت يدويًا ، أطراف لاتكس وصور عالية الدقة.

وضع الباحثون الروبوتات على بعد حوالي ثلاثة إلى 10 أقدام من 20 سحلية من حمم غالاباغوس البرية الموجودة في جزيرة سان كريستوبال. بعد إثارة استجابة أولية من قبل السحلية الأصلية ، قام الباحثون بتنشيط السحلية الروبوتية عن بُعد للرد بحركة مضادة محددة مسبقًا ، إما فورًا أو بعد تأخير لمدة 30 ثانية.

ما وجدوه هو أن ذكور سحالي الحمم البركانية حساسة لتوقيت ردود خصومهم أثناء عروض المسابقة ، مع اعتبار الاستجابات الأسرع أكثر عدوانية. حفزت الاستجابة الفورية من الروبوت السحلية البرية على الاستجابة بشكل أكثر فعالية وسرعة أكثر مما كانت عليه عندما تأخرت استجابة الروبوت لمدة 30 ثانية.

بيكساباي

مثل جميع أنواع جزر غالاباغوس ، تواجه سحالي الحمم البركانية تهديدات أحداث النينو والاحتباس الحراري وتدمير الموائل التي يسببها البشر.

يشير مؤلفو هذا التحقيق إلى أن قدرة السحالي الحية على تقييم مستويات العدوانية لدى المتسابقين قد تساعد الحيوانات على زيادة حجم منافسيها ، والتأثير على قراراتهم إما بالتراجع أو التحريض على معركة ، مما يساعدهم على تجنب الإصابات غير المواتية.

استخدمت الأبحاث السابقة في هذا المجال إما تشغيل فيديو مسجّل مسبقًا أو روبوتات مع حركات تم ضبطها على حلقة. ومع ذلك ، تؤكد هذه النتائج أنه يمكن استخدام المنبهات الروبوتية الواقعية للتفاعل مع الحيوانات البرية والتواصل معها وحتى التلاعب بسلوكياتها. كما أنها تزيد من فهمنا لكيفية تواصل سحالي الحمم مع بعضها البعض في موائلها الطبيعية.

التنوير من مراقبي القارة القطبية الجنوبية الروبوتية

لا تساعدنا الروبوتات في فهم العالم الطبيعي عند خط الاستواء فحسب ، بل على القطبين أيضًا.

بيكساباي

الفرق بين الجليد البحري والرفوف الجليدية هو أن الجليد البحري يتحرك بحرية ، في حين أن الرفوف الجليدية مرتبطة بقوة بالأرض. يحتوي الجليد البحري على جليد بحري رقيق ؛ جليد بحري متعدد السنوات ؛ والجبال الجليدية.

يُقدر حاليًا أن روس الجرف الجليدي ، وهو جزء من الغطاء الجليدي في أنتاركتيكا يطفو على المحيط ، يغطي مساحة 182 ألف ميل مربع ، مما يجعله تقريبًا بحجم إقليم يوكون في كندا. يبلغ متوسط ​​سمك الجليد على الرف حوالي 1100 قدم. إن حجمها – وحقيقة أن ترقق الجرف الجليدي سوف يسرع من تدفق الصفائح الجليدية في القارة القطبية الجنوبية إلى المحيط – يعني أنها تحمل احتمالية كبيرة لارتفاع مستوى سطح البحر في حالة ذوبانها. قد يؤدي ذوبان الجروف الجليدية مثل نهر روس إلى ارتفاع مستوى البحار بعدة أقدام خلال القرون القليلة القادمة.

تقليديا ، يتم الحصول على بيانات حول دوران المحيطات والعمق والملوحة ودرجة الحرارة حول الجرف الجليدي بطريقتين: المراسي العميقة والرحلات البحرية البحثية. نظرًا لأن بحر روس مغطى بالجليد البحري لمعظم أيام السنة ، فإن القياسات التي تتم على متن السفن تقتصر على فترة قصيرة في صيف أستراليا المرتفع. من ناحية أخرى ، يمكن لأجهزة الاستشعار الراسية جمع البيانات لعدة سنوات ؛ ومع ذلك ، يتم نشرهم بشكل عام على مسافة لا تزيد عن 650 قدمًا تحت سطح الماء لتجنب عبور الجبال الجليدية ، لذا فهم يقدمون صورة أقل اكتمالاً لما يحدث حول الجرف الجليدي.

لكن نهجًا جديدًا يستخدم الروبوتات لجمع البيانات من بحر روس يقدم رؤى جديدة للقوى التي تتسبب في ذوبان أكبر جرف جليدي في العالم. في دراسة نشرت في مجلة البحوث الجيوفيزيائية: المحيطات ، نشر الباحثون ستة عوامات آلية ، تسمى المراقبات الدقيقة ذاتية التشغيل التي يتم إطلاقها من الجو (أو ALAMOs). قاموا بتثبيت المظلات على العوامات وأطلقوها من طائرة تابعة للحرس الوطني في نيويورك للطيران من ارتفاع 2500 قدم فوق المياه الجليدية. تمت برمجة الروبوتات لتجنب الجليد البحري الذي قد يؤدي إلى إتلاف أجهزة الاستشعار الخارجية والهوائيات. تم بعد ذلك “إيقاف” العوامات في قاع البحر بين جلسات جمع البيانات للحد من انجرافها على التيارات البحرية.

بيكساباي

في القارة القطبية الجنوبية ، تمت برمجة روبوتات ALAMO ، التي تم نشرها بواسطة المظلات ، لتجنب الجليد البحري الذي قد يتسبب في إتلاف الهوائيات وأجهزة الاستشعار الخارجية.

جمعت العوامات قراءات الملوحة ودرجة الحرارة من قاع البحر إلى السطح ، وترسل البيانات إلى فريق بحث عن طريق الأقمار الصناعية كل يوم. قدمت سبع عوامات أخرى ، تم نشرها من سفينة قبل ثلاث سنوات ، سجلات لظروف المحيط في أقصى الشمال ، بعيدًا عن الجرف الجليدي.

في أماكن أخرى من القارة القطبية الجنوبية ، تذوب الجروف الجليدية من خلال تدفقات عالمي الماء الدافئ من أعماق المحيط إلى الساحل. لكن الباحثين وجدوا ذلك محلي تؤثر العوامل على استقرار جرف روس الجليدي ، مما يؤدي إلى تحسين التنبؤات حول كيفية تغييره وتأثيره على ارتفاع البحر في المستقبل.

بالنسبة لجرف روس الجليدي ، فإن المصدر الرئيسي لحرارة المحيط التي تسبب ذوبانه هو ضوء الشمس الذي يسخن المحيط العلوي بعد اختفاء الجليد البحري في المنطقة في الصيف. يعكس الجليد البحري عادة ضوء الشمس ، بينما تمتصه مياه البحر الداكنة. قام فريق البحث أيضًا بقياس كميات كبيرة من المياه العذبة القادمة إلى بحر روس من الجروف الجليدية سريعة الذوبان في بحر أموندسن إلى الشرق. بمجرد وصول هذه المياه العذبة الإضافية إلى الجبهة الجليدية ، فإنها تغير كيفية اختلاط الحرارة من السطح إلى قاعدة الجرف الجليدي ، حيث يحدث الذوبان ، مما يعني أن استقرار روس الجرف الجليدي في المستقبل يعتمد على الظروف الساحلية المتغيرة في كل من بحر أموندسن والإغلاق على واجهة الجرف الجليدي.

بيكساباي

خلص فريق دولي من خبراء البطريق إلى أن 70 في المائة من مستعمرات البطريق الإمبراطور في القارة القطبية الجنوبية يمكن أن تنقرض بحلول عام 2050 إذا استمر المعدل الحالي لفقدان الجليد البحري.

وأشار العلماء إلى أن ارتفاع درجة حرارة المحيطات وذوبان الجرف الجليدي يمكن أن يحدث إذا أصبح موسم الصيف ، الذي يكون البحر خلاله خاليًا من الجليد ، أطول.

يوفر هذا النهج الجديد لجمع البيانات المحلية من الأرفف القارية لأنتاركتيكا البعيدة طريقة جديدة للتحقق من موثوقية النماذج الرقمية العالمية وسيكون حاسماً في تضييق نطاق التوقعات المتعلقة بكمية الجليد التي ستخسرها القارة القطبية الجنوبية في المناخات المستقبلية ومدى ارتفاع البحار سوف ترتفع.

إلهام من القفزات الآلية التي تشبه الفهد

الفهود هي أسرع المخلوقات على الأرض ، وتستمد سرعتها وقوتها من ثني أشواكها. مستوحاة من الميكانيكا الحيوية للفهود ، طور باحثون ممولون من مؤسسة العلوم الوطنية مؤخرًا نوعًا جديدًا من الروبوتات اللينة القادرة على التحرك بسرعة أكبر على الأسطح الصلبة أو في الماء مقارنة بالأجيال السابقة من الروبوتات.

في ورقة نشرت مؤخرا في المجلة العلوم المتقدمة ، ذكر العلماء أنهم بنوا نوعًا من الروبوتات اللينة بناءً على حركات الفهد التي لها عمود فقري يعمل بزنبرك ، “ثنائي الاستقرار” ، مما يعني أن للروبوت حالتين مستقرتين. من الممكن التبديل بسرعة بين هذين الشرطين عن طريق ضخ الهواء في القنوات التي تبطن روبوت السيليكون اللين. يطلق هذا قدرًا كبيرًا من الطاقة ، مما يسمح للإنسان الآلي بممارسة القوة بسرعة على الأرض ، مما يمكّنه من الجري (مع ترك القدمين للأرض) عبر السطح.

بيكساباي

صُممت الفهود من أجل النعمة والصيد والسرعة. إنها أسرع الحيوانات البرية في العالم ، وقادرة على الجري بسرعة تصل إلى 70 ميلاً في الساعة.

حتى الآن ، يمكن أن تتحرك أسرع الروبوتات اللينة بسرعات تصل إلى 0.8 من طول الجسم في الثانية على الأسطح الصلبة والمستوية. يمكن أن تصل هذه الفئة الجديدة من الروبوتات اللينة ، والتي تسمى Leveraging Elastic Instabilities for Amplified Performance (LEAP) ، إلى سرعات تصل إلى 2.7 من طول الجسم في الثانية – أي أسرع بثلاث مرات. الروبوتات الجديدة قادرة أيضًا على الجري في منحدرات شديدة ، والتي يمكن أن تكون تحديًا أو حتى مستحيلة بالنسبة للروبوتات اللينة التي تمارس قوة أقل ضد الأرض.

أفاد الباحثون أنهم متفائلون بقدرتهم على تعديل هذا التصميم لجعل آلات LEAP أسرع وأكثر قوة ، مما يمهد الطريق للروبوتات التي ، مثل البشر ، ستكون قادرة على أداء وظائف متعددة ، مثل الجري والسباحة و الاستيلاء ورفع الأشياء.

تشمل التطبيقات المحتملة تقنيات البحث والإنقاذ ، حيث تكون السرعة ضرورية ؛ رعاية. والتصنيع الصناعي ، باستخدام روبوتات خط الإنتاج الأسرع ولكنها لا تزال قادرة على التعامل مع الأشياء الهشة.

بيكساباي

ستكون الروبوتات المصممة على طراز الفهود قادرة على أداء وظائف متعددة ، مثل الجري والسباحة والتعامل مع الأشياء الهشة.

اتصال من رفقاء الروبوت

بعد عشرين عامًا من الآن ، قد يكون لدينا جميعًا روبوت منزلي. إذا كان يمكن أن يساعدني في فهم الطبيعة والتواصل معها ، فسأرحب بها.

وإذا كان بإمكان صديقي أيضًا أن يحضر لي كوبًا مريحًا من الشاي أو لاتيه ساخنًا ، فلن أشكو بالتأكيد.

إليك للعثور على أماكنك الحقيقية وموائلك الطبيعية ،

حلويات

Leave A Reply

Your email address will not be published.