Avantage d’avoir une cinquième jambe : les geckos glissent, s’écrasent, mais ne tombent pas

Un bon gecko domestique asiatique à queue plate, Hemidactylus platyurus. Des vidéos de ces geckos, communs dans les jungles de Singapour, ont démontré que leurs queues leur permettaient de se remettre avec succès des atterrissages forcés sur des troncs d’arbres. Crédit : Ardian Jusufi

Le robot perchoir mou valide l’avantage d’avoir un cinquième bas de jambe.

Les impressionnantes capacités d’escalade des geckos leur confèrent une agilité rarement surpassée. Avec leurs lamelles adhésives très spécifiques sur les pieds, les geckos peuvent facilement grimper sur des surfaces verticales douces et même se déplacer au plafond suspendu à l’envers. Leur capacité à fonctionner sur l’eau ajoute peut être une autre superpuissance. Maintenant, un autre peut être ajouté.

Une étude scientifique publiée le 2 septembre ^sd , 2021 dans Caractère Communication marketing Biologie par des chercheurs qui ont travaillé à l’intersection entre la robotique et la biologie montre que les geckos particuliers sont capables de beaucoup plus. Dans la publication intitulée Les queues stabilisent l’atterrissage associé aux geckos planants qui s’écrasent la tête la première dans les troncs de la forêt , les auteurs Rob Siddall, Greg Byrnes, Robert Full et Ardian Jusufi présentent une vidéo montrant que les geckos sans grands domaines d’expertise pour le vol sont en fait des planeurs capables. Des tests avec un robot automatique inspiré du gecko confirment que les capacités de locomotion du reptile ne dépendent pas entièrement des pieds. La fin joue tout autant le rôle central, a découvert l’équipe du Greatest Planck Institute pour obtenir des systèmes intelligents à Stuttgart, de l’Université de Sienne à New York et de l’Université de Californie à Berkeley.

Dans leur fonction, les scientifiques commencent par montrer que le lézard aux multiples talents connu sous le nom de Hemidactylus platyurus sera capable de planer. Dans son habitat naturel, il vit dans les arbres et peut sauter de plusieurs mètres d’un tronc d’arbre à l’autre pour éviter les prédateurs potentiels. Lorsque les arbres sont généralement proches et que le saut est court, le gecko en particulier accélère encore de sorte que tout se passe en un clin d’œil. Le gecko en particulier subit une bonne collision sans freinage. Étonnamment, le gecko peut faire face à un écrasement complet dans une zone de tronc d’arbre.

Le gecko asiatique à queue plate préférerait l’atterrissage à quatre points juste après avoir sauté sur un tronc d’arbuste, mais s’il ne peut pas ralentir suffisamment, il devra peut-être s’écraser la tête la première contre le tronc, rebondissant tout en se stabilisant à l’aide de sa queue. Des chercheurs du Max Planck Start for Intelligent Techniques en Allemagne ont construit un robot souple en ayant une queue active afin de reproduire ces actions. Crédit:
Images d’Ardian Jusufi, illustration d’André Wee

Ardian Jusufi, qui a lancé l’étude, a mis en place plusieurs expériences dans une réserve faunique dans les forêts tropicales de Singapour. Au Max Planck Institute for Smart Systems, il dirige le marketing de réseau du groupe de recherche Cyber ​​Area « Locomotion in Biorobotic plus Somatic Systems. ” Il a passé plusieurs années à enquêter sur les geckos et leurs nombreuses capacités de locomotion. Dans la canopée arbustive, Jusufi a découvert une situation où les lézards avec moins une queue rencontrent le défi d’un bref plané accéléré.

Placé sur un système à sept mètres au-dessus du sol, un gecko équipé d’une queue saute dans les profondeurs et glisse jusqu’à un arbre proche. Des caméras numériques à grande vitesse capturent la chute et montrent que le gecko bondissant atteint six m/s, soit un peu plus de vingt et un km/h. Contrairement à un véhicule qui serait gravement endommagé après avoir percuté un arbre à cette vitesse, les images montrent les pays du gecko sur le tronc sans tomber. Cela s’éloigne comme si de rien n’était. Avec les animaux sans queue, cela avait été tout le contraire. Les geckos qui avaient naturellement laissé tomber leur queue n’ont pas pu maintenir leur emprise après l’accident et, par conséquent, sont tombés du tronc de l’arbre juste après l’atterrissage.

Comme on peut l’observer dans le film correspondant (ci-dessus), le système que l’animal applique pour amortir l’impact peut plier son corps vers l’arrière jusqu’à cent degrés. Pendant le flex, les pieds avant réduisent l’adhérence. Seules les pattes arrière restent connectées. Ce recul du torse dissipe la puissance car il pousse fortement la queue dans le tronc. Les animaux qui ont perdu la queue ne peuvent pas dissiper suffisamment de puissance et tombent. La queue agit comme une cinquième jambe, aidant le gecko à se stabiliser après l’impact, ont-ils pensé. Mais sans une expérience managériale, peut-on effectivement montrer que la fin a cet effet de soutien ? Ils partiront donc pour le laboratoire.

Les chercheurs ont créé un type physique de gecko pour mieux comprendre les forces subies par le chien. Leur robot inspiré du gecko présente un torse lisse, dont l’extrémité peut être retirée et remise en place. Une fois que le pied avant touche la surface, le robotique est programmé pour plier son extrémité à l’image du réflexe que Jusufi a découvert plus tôt dans l’escalade des geckos. L’information est préparée via un microcontrôleur autour de l’épaule. Cette transmission active le moteur pour tirer sur les tendons et pousse donc la queue particulière dans la structure du mur pour ralentir votre tête sur les talons.

Ardian Jusufi (L) et Rob Siddall (R) avec un robot automatique inspiré du lézard arboricole sur la zone du tronc d’arbre dans le laboratoire en ce qui concerne la locomotion dans les techniques biorobotiques et somatiques à Stuttgart. Pointage de crédit : Wolfram Scheible

Retour dans la Locomotion en Biorobotique et Systèmes Somatiques laboratoire , Robert Siddall et Ardian Jusufi ont commencé par catapulter un lézard robotique confortable sur un mur en intégrant une gamme sensible à la force (le tronc d’arbuste simulé) recouvert de feutre, que les pieds doublés de Velcro du robot peuvent rester. Le robot frappe le plat de force aussi brusquement que les geckos frappant la forêt, inclinant le torse en arrière à un angle correct par rapport à la surface. Les roboticiens ont ensuite mesuré la pression subie par les pieds avant et arrière du robot automatique lors de l’effet. Plus la queue est longue, ont-ils découvert, plus la puissance qui éloigne le pied arrière de la surface est faible. Plus cette force est faible, plus il est facile pour le robot automatique (et probablement l’animal en particulier) de s’y accrocher. Sans queue, cependant, les forces exercées sur les pieds arrière s’avèrent trop élevées – le robot perd de son emprise, rebondit et tombe. Ce test a validé l’hypothèse des scientifiques selon laquelle la fin est essentielle pour que le gecko puisse se stabiliser par lui-même sur une surface verticale après être entré en collision à grande vitesse – des résultats qui pourraient apporter une contribution significative aux atterrissages de robots et au-delà.

“Cette découverte sur le terrain du comportement de perchage des geckos a des effets importants pour notre compréhension des queues en tant qu’appendices multifonctionnels dont les animaux peuvent dépendre. Allant de l’inertie au contact avec les queues, ils aident les changements les plus extrêmes, comme du vol glissant au crash avec un mur », explique Ardian Jusufi, l’auteur principal et correspondant.

« L’une des transitions les plus spectaculaires que l’on puisse envisager en locomotion multimodale est de se poser sur la surface verticale grâce à un vol plané à grande vitesse en avion jusqu’à l’arrêt », poursuit Ardian Jusufi.

Les plus grands spécialistes de la glisse semblent empêcher de s’engager dans de courts écrémés, car il n’y a pas assez d’élévation de chute verticale pour atteindre la vitesse terminale, arrêter d’accélérer et démarrer un contrôle d’atterrissage dédié avec un décrochage juste avant l’impact. Des créatures plus petites peuvent être en mesure d’utiliser par des moyens mécaniques des solutions médiatisées pour discuter de telles situations.

Cependant, personne n’avait jamais quantifié le comportement de glisse de cet animal unique auparavant. Un tel matériel de clip vidéo de la jungle est difficile à trouver simplement. «Nos tentatives pour filmer le petit lézard caché dans la jungle ont révélé une réponse d’arrêt de chute que personne ne pensait que ces geckos pouvaient faire et nous a montré que leurs queues particulières étaient complètement sous-estimées. Auparavant, entrer en contact avec les queues était considéré comme utilisé pour maintenir la prise pendant la course rapide au mur, tandis que les résultats présentés ici suggèrent que les geckos présentent une exaptation du comportement pour améliorer les résultats de l’atterrissage à la suite de leur descente aéroportée dirigée, ” déclare Jusufi.

“Avec le robot, j’ai pu mesurer quelque chose que nous ne pouvions pas avec les geckos sur le terrain. La réaction particulière de la paroi provoquée à l’impact à l’atterrissage a confirmé que cette queue est un élément important facilitant l’atterrissage particulier en plané subcritique. Notre atterrisseur robotique lisse aide non seulement à faire un effet dans une autre industrie, mais il peut également aider à améliorer la locomotion du robot simplement en augmentant la robustesse et en simplifiant le contrôle », explique Ardian Jusufi.

«La nature a ses propres méthodes inattendues et élégantes pour résoudre les problèmes d’ingénierie – et cela est magnifiquement illustré par la façon dont les geckos peuvent utiliser leur queue pour transformer une collision tête première en une manœuvre de perchage efficace. Sortir du vol est certainement difficile, et nous souhaitons que nos découvertes puissent conduire à de nouveaux conseils pour la mobilité des robots – parfois, les accidents sont généralement utiles », décrit Robert Siddall.

Les offres de vol à voile ont évolué à plusieurs reprises dans la forêt tropicale humide des basses terres indomalaises de l’Asie du Sud-Est.

Pour en savoir plus sur cette recherche, étudiez ces incroyables geckos qui s’écrasent sur les arbres de la jungle mais ne tombent pas grâce à leurs propres queues.

Recherche : “Les queues stabilisent l’obtention de geckos glissants s’écrasant la tête la première dans les troncs d’arbres” par Robert Siddall, Greg Byrnes, Robert L. Full et Ardian Jusufi, 2 septembre 2021, Biologie des communications .
DOI : 10. 1038 / s42003-021-02378-6