Slanger kan lære robotter at bevæge sig op ad sandskrænter

Biologer og ingeniører fra amerikanske universiteter er gået sammen om at finde principper for optimal bevægelse i sand.

Det har gjort det muligt at udvikle robotter, der kan kravle op ad stejle sandskrænter ved at benytte samme metoder, som anvendes af klapperslanger.

Som alle ved, er bevægelse i sand meget vanskelig, da sand er et materiale, der glider og flyder næsten som en væske.

I en artikel i Science beskriver Daniel Goldman fra Georgia Institute of Technology i Atlanta sammen med ni kolleger, hvordan Crotalus cerastes – en klapperslange der findes i den sydvestlige del af USA – flytter sig fremad sig i s-formede bevægelser.

En række forsøg ved den zoologiske have i Atlanta bl.a. med sand hentet fra Yuma-ørkenen i Arizona viste, at når den amerikanske klapperslange elegant kan krydse gennem ørkenen og bevæge sig op ad stejle skrænter skyldes det, at den kan øge længden af den del af sin krop, der er i kontakt med sandet.

Når slangerne bevægede sig fremad i sand uden hældning var omkring 30 pct. af kroppen i kontakt med sandet hele tiden – når de bevægede sig op ad en 20 grader hældning galdt det omkring 45 pct.

Den del af kroppen, der ikke var i kontakt med sandet, var tydeligt løftet op over sandet. Den maksimale hældning for den pågældende sandtype var 27 grader.

Andre slanger, der ikke udnytter den s-formede bevægelse, kan ikke udnytte dette princip, og de vil rutsje ned ad sandskrænten, når hældningen bliver for stor.

Et alternativ til denne metode til at opnå bedre kontakt med sandet ville være for slangerne at grave sig dybere ned i sandet. Men det er mere energikrævende.

Slangerobotten

Forskere fra Carnegie Mellon University, der er medforfattere til den videnskabelige artikel, har udnyttet denne viden til at designe en slangerobot, der kan kravle op ad sandskrænter med en hældning, der er meget tæt på den størst mulige.

Både slanger og robotter kravler langsommere opad end ligeud, men forskerne tillægger dette forskellige årsager.

Når slangerne sætter hastigheden ned, skyldes det en nedgang i frekvensen af de s-formede bevægelser, der kan hænge sammen med begrænsninger i musklerne.

Når robotterne bevæger sig langsommere opad, skyldes det, at afstanden mellem de s-formede spor i sandet bliver mindre, når robotten kravler opad, end når den bevæger sig lige ud.

I denne video forklarer forskerne om deres undersøgelser og deres robotdesign: