Cientistas estudam 'bolhas' de vermes em movimento para criar enxames de robôs

Os desenvolvedores de robôs adaptam o comportamento de 'bolhas' de worm.

Cientistas estudam minhoca em movimento

Worm blob.



Crédito: Georgia Tech University.
  • Pesquisadores da Georgia Tech adaptam o comportamento de 'bolhas' de vermes a enxames robóticos.
  • O objetivo é utilizar aspectos úteis de sistemas vivos em sistemas criados pelo homem.
  • Quando parte de uma 'bolha', os vermes tendem a sobreviver melhor e a ter mais recursos do que individualmente.

Um novo estudo analisou como os vermes negros da Califórnia trabalham juntos para formar 'bolhas de vermes', a fim de modelar seu comportamento em enxames de robôs simples em movimento. A formação de 'bolhas', que pode variar em tamanho de 10 a 50.000 vermes, serve para proteger as criaturas de secar e resistir a ameaças como o forte calor.



Os pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia se concentraram em como milhares de vermes (Lumbriculus variegatus), com cerca de um centímetro de comprimento cada, podem se entrelaçar em uma 'matéria ativa', que se comporta como uma só. Essa bolha de mudança de forma auto-organizada permite que os vermes alcancem resultados muito mais complexos juntos do que fariam sem se prenderem.

O trabalho promete ajudar os engenheiros que trabalham em robôs de enxame a entender e adaptar a mecânica de como essas bolhas se comportam.



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Saad Bhamla, professor assistente da Georgia Tech'sEscola de Engenharia Química e Biomolecular, destacou que estar em grupo é benéfico para a sobrevivência dos vermes:

'Estávamos curiosos para saber por que esses vermes formariam essas bolhas vivas,' disse Bhamla . 'Agora mostramos, por meio de modelos matemáticos e experimentos biológicos, que a formação de bolhas confere um tipo de tomada de decisão coletiva que permite aos vermes em uma bolha maior sobreviver por mais tempo contra a dessecação.'

Os cientistas também mostraram que os vermes em uma bolha podem se mover juntos, exibindo um comportamento coletivo único. As capacidades do blob são muito mais do que qualquer coisa que os indivíduos podem fazer por conta própria. O estudo dessas bolhas ajuda os pesquisadores que buscam transferir as principais características dos sistemas vivos para os projetados por humanos. Os robôs de enxame, em particular, são construídos em torno da ideia de que robôs individuais devem colaborar para serem capazes de se envolver em ações complexas.



Verme coletivo e 'bolhas' de robôs protegem os indivíduos, aglomeram-se

Os vermes foram estudados de perto pelo pesquisador associado Yasemin Ozkan-Aydi, cujos experimentos incluíram testar a capacidade de resposta do blob às mudanças de temperatura e luz e criar um 'ginásio de vermes', que lhe permitiu medir a força dos vermes. Para criar uma bolha de verme, ela tirou os vermes da água. Quando não conseguiram encontrar a água, eles se juntaram em uma bolha parecida com uma bola. Os vermes trocariam quem estaria do lado de fora da bolha, onde ocorria a maior parte da evaporação. Isso permitiu que o coletivo sofresse menos com a falta de líquido. Os pesquisadores concluíram que estar em uma bolha ajudou os vermes a sobreviver 10 vezes mais quando estão fora da água, em comparação com os vermes individuais.

O pesquisador associado da Georgia Tech, Yasemin Ozkan-Aydin, segura um smarticle enquanto o professor Saad Bhamla, assistente técnico da Geórgia, segura um worm blob.

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Crédito: Christopher Moore, Georgia Tech

O professor Daniel Goldman, em cujo laboratório esses experimentos foram realizados, apontou para a inesperada esperteza do que os vermes faziam.

'Eles certamente gostariam de reduzir a dessecação, mas a maneira como fariam isso não é óbvia e aponta para um tipo de inteligência coletiva no sistema,' explicado Goldman. “Eles não são apenas máquinas que minimizam a superfície. Eles estão procurando explorar boas condições e recursos. '

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Essa inteligência dos vermes também foi exibida em experimentos de calor, onde a cooperação entre os vermes na bolha permitiu que eles fugissem dos pontos quentes, melhorando drasticamente suas chances de sobrevivência. Movendo-se como uma bolha, 95% dos vermes conseguiram chegar ao lado frio.

Ozkan-Aydin incorporou as observações do comportamento dos vermes em pequenas bolhas robóticas feitas de 'partículas ativas inteligentes' ou 'smarticles'. Ela prendeu seis robôs impressos em 3D que apresentavam dois braços e dois sensores de luz em uma malha, essencialmente emaranhando-os de forma semelhante aos vermes. Ela então programou e testou diferentes movimentos que os robôs podiam realizar, descobrindo que os enxames de robôs 'geram um comportamento emergente semelhante ao que vimos nos vermes'.

Você pode conferir o novo estudo 'Dinâmica coletiva em vermes emaranhados e bolhas de robôs' publicado em PNAS, os procedimentos da Academia Nacional de Ciências.


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