Robotontwerpers zijn jaloers op de beesten. Insecten, krabben, en reptielen zijn hen ver vooruit. Alison Abbott beschreef in Nature (18 januari) de meest recente pogingen om de 'bugs' uit insectenimiterende "biologische robots" te halen.¹  "Een robot programmeren zodat hij denkt als een insect is lastig," staat er in de subtitel, "maar het zou kunnen helpen om machines te ontwikkelen die net zo wendbaar zijn als vliegen."
Naar welke dieren kijken die robotontwerpers eigenlijk?

• vliegen:  

  Abbott beschreef een Duitse robot met zes poten, genaamd Tarry II, die kraakt bij elke stap. Het maken van poten is echter de meest eenvoudige opgave. De poten moeten worden geprogrammeerd om te kunnen werken. De ontwerper van Tarry II is jaloers op de software in een vlieg: "Hoewel in onze ervaring vliegen vaak een indruk wekken van doelloos en irritant ronddwalen," schrijft Abbott, "zijn de beslissingen die dit kleine schepseltje neemt net zo zinvol als die van andere dieren. Een vlieg scant zijn omgeving met ogen en antennes, verwerkt deze informatie in zijn brein en neemt dan een beslissing, wellicht om zich af te wenden van potentieel gevaar, of zich te haasten richting voedsel." Veel van de informatie die wordt verwerkt in een insect gebeurt buiten het brein om. Circuits van zenuwen in de vlieg besturen sommige bewegingen. Dit kan worden gezien wanneer een vlieg onthoofd is en er een neurotransmitter op de zenuwbaan is aangebracht: "dan gaat hij rondlopen als een - tja, als een kip zonder kop." Een vlieg zonder kop kan zelfs gestimuleerd worden om zijn oog schoon te maken wat er niet meer is. Dit soort gedistribueerde verwerking is niet aan de aandacht van de robotontwerpers ontsnapt. "Deze basale bewegingsprogramma's zijn goed bestudeerd en overgedragen op robots" net als de voorloper van Tarry II, die "al meer dan tien jaar rondliep met de zelfverzekerde coördinatie van een onthoofde wandelende tak." Voor het "slimmere werk" zoals het nemen van beslissingen en gecoördineerde bewegingen is natuurlijk een brein nodig. Ontwerpers zijn ook aan het onderzoeken hoe insecten stereovisie en parallax gebruiken om hun doel in het zicht te houden en hoe ze de grootte van hun stappen variëren om een optimaal energieverbruik te realiseren.

• Kakkerlaken: 

  "Hadden de Mars Rovers maar meer op kakkerlakken geleken," schrijft Abbott, dan hadden ze er niet zoveel problemen mee gehad. Roland Strauss, de maker van Tarry II, zei: "We zijn allang blij als we wat we geleerd hebben van de natuur kunnen gebruiken om betere robots te maken." De hersenen van kakkerlakken zijn ongeveer 50 keer zo groot als vliegenhersenen. Door gebruik te maken van "hersenbeschadigingexperimenten" kunnen ontwerpers er achter komen hoe de software van de kakkerlak werkt bij het overwinnen van obstakels. Het is een uitdaging om een obstakel te detecteren, te beslissen of het ontweken moet worden en dan te beslissen welke kant je op moet.
      Abbott schrijft ook dat Insectbiologen meer en meer insectengedrag in hun robots willen bouwen, zoals tegen heuvels oplopen of klimmen, "...maar totdat deze robots geprogrammeerd kunnen worden met meer gesofisticeerde en autonome software ... kunnen ze niet doorgaan voor echte robotinsecten." Autonoom gedrag (zelf beslissingen kunnen nemen) is een vaardigheid waar NASA, het Europese ruimteagentschap en andere organisaties die zich bezig houden met robotica, met veel interesse naar uitzien. "Slechts enkele van de moeiteloze navigatievaardigheden van een insect zouden een zegen zijn voor veel robots die vandaag de dag toegepast worden, die alleen maar door menselijk ingrijpen obstakels kunnen nemen." Abbott stelde zich voor dat insect 'lookalikes' op een dag over de maan navigeren of zelfverzekerd door de ravijnen van Mars stappen. Op aarde kunnen we allemaal voordeel hebben van deze onderzoeken. Het leger kan op een veiliger manier verkennen. Slachtoffers van natuurrampen kunnen gezocht worden met reddingsrobots die verdacht veel op spinnen of kakkerlakken lijken.

• Krabbenpoten: 

  Als robots de de navigatie van insecten onder de knie hebben, zijn ze misschien klaar voor het echte werk. Het is al moeilijk genoeg om op een hard oppervlak te lopen. Zand is een hele nieuwe uitdaging: de voet glijdt uit bij iedere stap. Maar de spookkrab is de koning der zandheuvels. Elisabeth Pennisi schrijft in Science (19 jan)²: "Met zijn poten als een waas voor het blote oog, snelt de Ocypode quadrata tot wel 2 meter per seconde over hard samengedrukt zand" - de olympisch kampioen zandcrossen, ten minste als het zand stevig is.

• Huppelende hagedissen: 

  "Maar als het zand een beetje losser is," vervolgt Pennisi, "dan gaat de gouden medaille naar de zebrastaart hagedis, een beest wat maar heel weinig tijd doorbrengt op het korrelige materiaal." Het is geklokt op 1,5 meter per seconde op zacht zand wat de spookkrab zou afremmen tot de kruipsnelheid van een gekko.
      Daniel Goldman en het team van het Georgia Institute of Technology hebben een kunstmatig zandcircuit gebouwd om te leren van de mogelijkheden van dieren die in het wild met verschillende soorten terrein te kampen hebben: modder, grind, zand en oppervlakken die bedekt zijn met puin.   De zebrastaart hagedis heeft lange slanke tenen die uitspreiden wanneer ze het zand raken en opkrullen wanneer de voet wordt opgetild. Robotontwerpers willen machines uitvinden die kunnen navigeren op alle soorten oppervlakken. Daarom bestuderen ze de dierlijke experts voor nieuwe inzichten.

Mocht je nu jaloers worden op de vlugge voetjes van die irritante insecten, kruipende krabben en huppelende hagedissen, dan mag je weten dat je zelf ook behoorlijk wonderbaarlijke benen hebt. Lucy Odling-Smee besprak in Nature (19 jan) een wiskundig model wat ontwikkeld is door Herman Pontzer (Washington State Uiversiteit van St. Louis) dat de lengte van een poot, het lichaamsgewicht en andere lichamelijke factoren meet, om te bepalen wat de efficiëntie is van het lopen en rennen. Hoewel Odling-Smee and Pontzer allebei aannamen dat mensen lange benen ontwikkelden door een evolutionaire geschiedenis, concludeerden ze toch dat de verhoudingen van het transportsysteem van de moderne mens goed energiebesparend is.

¹Alison Abbott, "Biological robotics: Working out the bugs," Nature 445, 250-253 (18 january 2007) | doi:10.1038/445250a.
²Elisabeth Pennisi, "Crab's Downfall Reveals a Hole in Biomechanics Studies," Science, 19 january 2007: Vol. 315. no. 5810, p. 325, DOI: 10.1126/science.315.5810.325.

Evolutie heeft hier niets mee te maken; deze verhalen gaan over ontwerp en niets anders. We kunnen ontwerp waarnemen, we kunnen het bestuderen, we kunnen het imiteren. Wanneer we dat doen, dan gaat de wetenschap met sprongen vooruit en leidt het tot schitterende uitvindingen die onze levens verrijken en onze reikwijdte vergroten. Gaat naar de mieren, alle gij evolutionisten; aanschouwt hunne wegen, en wordt wijs. En als je dan van die wegen geleerd hebt, ga dan naar de vlieg, de kakkerlak, de krab, de hagedis en al die andere voorbeelden van geoptimaliseerde hardware en software in deze wereld vol leven.

Dit artikel is met toestemming overgenomen van de website SchepperenZoon. Voor het originele artikel zie de onderstaande link:

http://www.schepperenzoon.nl/archief0701.html#070129