นักวิทยาศาสตร์ปลดล็อคความลับที่ว่าแมงมุมบางชนิดจับเหยื่อสำเร็จได้อย่างไร โดยหวังว่าจะนำความรู้นี้ไปช่วยพัฒนาหุ่นยนต์ที่บินได้และกระโดดได้ในอนาคต

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ สหราชอาณาจักร ฝึกแมงมุมกระโดดที่พวกเขาตั้งขื่อว่า ‘คิม’ แมงมุมกระโดดสปีชีส์ Phidippus regius ให้กระโดดในความสูงต่างๆ และระยะทางต่างกัน บนแพลตฟอร์มที่สร้างขึ้นในห้องทดลอง

วัตถุประสงค์ของการวิจัยนี้คือ เพื่อหาคำตอบว่าทำไมกายวิภาคของแมงมุมกระโดดและพฤติกรรมของมันพัฒนามาเป็นแบบนี้ และจะนำความเข้าใจนี้ไปพัฒนาหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่ปราดเปรียวซึ่งตอนนี้เทคโนโลยีวิศวกรรมยังคิดไม่ได้

มันเป็นงานที่ท้าทาย พวกเขาจะใช้อาหารล่อให้คิมกระโดดไม่ได้ เพราะปกติคิมกินอาหารสัปดาห์ละครั้ง นักวิทยาศาสตร์จึงวางคิมบนแพลตฟอร์มหนึ่ง จากนั้นก็ย้ายคิมไปวางบนแพลตฟอร์มอีกอันที่อยู่ใกล้ๆ กัน ไปๆ มาๆ หลายครั้ง จนคิมเรียนรู้ว่าควรจะกระโดดไปอีกแพลตฟอร์มทันทีที่ถูกวางบนแพลตฟอร์ม

มีแมงมุมทั้งหมด 4 ตัวที่ถูกนำมาทดสอบ แต่มีเพียงคิมเท่านั้นที่เรียนรู้วิธีนี้ได้

พฤติกรรมของคิมถูกบันทึกด้วยกล้องความเร็วสูงและความละเอียดสูง ควบคู่กับไมโครซีทีสแกนที่มีความละเอียดสูง เพื่อสร้างโมเดลสามมิติของขาและโครงสร้างร่างกายแมงมุมโดยละเอียดแบบที่ไม่มีเคยมีใครทำมาก่อน

มอสตาฟา นาบาวี (Mostafa Nabawy) หัวหน้าคณะวิจัยกล่าวว่า “จุดเน้นของงานศึกษานี้อยู่ที่ความสามารถในการกระโดดที่ไม่ธรรมดาของแมงมุมเหล่านี้ แมงมุมกระโดดสามารถกระโดดได้ไกลกว่าความยาวของร่างกาย 6 เท่าจากจุดตั้งต้น ระยะทางที่มนุษย์กระโดดได้มากที่สุดอยู่ที่ประมาณ 1.5 เท่าของความยาวของร่างกาย แรงที่ขาของแมงมุมตอนเตรียมกระโดด มีปริมาณมากกว่าน้ำหนักของแมงมุม 5 เท่า น่ามหัศจรรย์มาก และหากเราสามารถเข้าใจชีวกลไกเหล่านี้ เราสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในพื้นที่วิจัยอื่นๆ ได้”

ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่ายุทธวิธีที่แมงมุมชนิดนี้ใช้ในการกระโดดขึ้นอยู่กับความท้าทายที่ต้องเผชิญ

ตัวอย่างเช่น เพื่อที่จะกระโดดในระยะใกล้กว่า คิมเลือกแบบเร็วกกว่า วิถีโค้งต่ำกว่า ซึ่งใช้พลังงานมากกว่า แต่ลดเวลาในการกระโดด เพื่อให้จับเหยื่อได้อย่างแม่นยำและมีประสิทธิภาพกว่า แต่ในระยะทางที่ไกลกว่า มันจะเลือกวิธีที่ประหยัดพลังงานมากกว่า

แมลงต่างๆ และแมงมุมมีวิธีกระโดดแตกต่างกันมาก ทั้งกลไกแบบสปริง หรือออกแรงที่กล้ามเนื้อโดยตรง หรือแรงดันของเหลวภายใจ

นักวิทยาศาสตร์รู้ตั้งแต่ 50 ปีก่อนแล้วว่า แมงมุมยืดขาโดยการใช้แรงดันไฮดรอลิก แต่ที่ไม่รู้ก็คือ แรงไฮดรอลิกนี้ถูกใช้เพื่อเพิ่มแรงหรือแทนที่แรงจากกล้ามเนื้อตอนที่แมงมุมกระโดดหรือไม่

บิล ครอว์เธอร์ (Bill Crowther) ผู้ร่วมวิจัยอธิบายว่า ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าระหว่างที่คิมเคลื่อนไหวโดยใช้ขาแบบไฮดรอลิก คิมไม่ต้องใช้พลังงานไฮดรอลิกเพิ่มในการกระโดดในกรณีที่ต่างออกไป ตอนนี้บทบาทของการเคลื่อนไหวด้วยไฮดรอลิกยังคงเป็นคำถามต่อไป

ข้อมูลนี้ทำให้นักวิจัยสามารถสร้างต้นแบบของหุ่นยนต์กระโดดที่ลอกเลียนการเคลื่อนไหวของคิมได้ คำถามต่อไปคือขาของแมงมุมส่งพลังงานที่มากมายขนาดนั้นด้วยความเร็วสูงได้อย่างไร

“การทำความเข้าใจธรรมชาติของชีวกลไกเป็นก้าวแรกในการสร้างหุ่นยนต์แมงมุมกระโดด การสร้างเทคโนโลยีเป็นขั้นตอนที่สอง” นาบาวีกล่าว

 

ที่มาภาพ : By Micha L. Rieser, Attribution, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=19516769

ที่มา:

Tags: , ,