НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Многие млекопитающие используют свои усы, чтобы исследовать окружающий их мир и таким образом создавать его трехмерное изображение в своем мозгу. Грызуны, например, используют свои усики для того, чтобы определить размер, форму и структуру объектов, а морские котики пользуются своими усами, чтобы выслеживать добычу по ее следам в воде.

Два инженера из Северо-западного Университета уже долгое время изучают принцип работы усов у крыс, чтобы лучше понять, каким образом механическая информация от усов передается в мозг крысы. Эти исследования проводятся с целью разработки искусственных контактных волосков, которые можно было бы применять в технике.

Митра Дж. Хартманн, доцент биомедицинской техники и механической инженерии в Школе инженерии и прикладных наук McCormick, и Джозеф Х. Соломон, один из аспирантов Митры Хартманн, разработали роботизированные контактные волоски, которые способны распознавать окружающее их двухмерное пространство подобно тому, как это делают млекопитающие. Роботизированные волоски могут определять форму объектов и их следы в потоке жидкости.

5 октября в журнале “Nature” на эту тему был опубликован доклад, в котором говорилось о потенциальном применении этих разработок на сборочных конвейерах, в трубопроводах, а также в автономных наземных или подводных транспортных средствах.

"Мы можем продемонстрировать тот факт, что изгибающий момент, или вращающий момент, в основании волоска может быть использован для того, чтобы генерировать трехмерные пространственные представления об окружающей среде", сказала Митра Хартманн. "Мы использовали этот принцип, чтобы разработать роботизированные волоски, которые во многом копируют усики крысы". Хартманн также добавила, что эта технология может использоваться для того, чтобы получать трехмерную информацию почти о любом твердом объекте.

Вращаясь у своего основания, усики у крысы активно двигаются в одном измерении примерно параллельно к плоскости поверхности (земли), на которой находится крыса. Когда усики натыкаются на объект, они отклоняются или назад, или вверх, или вниз. Механическое изгибание усиков активизирует тысячи сенсорных рецепторов, расположенных в фолликуле усика у его основания. Рецепторы, в свою очередь, посылают нервные сигналы мозгу крысы, где, по-видимому, и происходит генерация трехмерного изображения объекта.

Hartmann и Соломон показали, что их роботизированные волоски могут получать информацию о форме объекта путем "смахивания" (быстрого прогона) волосков по поверхности специально сделанной головы, которая была выбрана для таких экспериментов ввиду исключительной сложности своей формы. По мере того, как усики крысы скользят по поверхности объекта, тензометрические датчики чувствуют изгиб усов  и таким образом определяют расположение различных точек на голове. Затем компьютерная программа "соединяет точки", чтобы создать трехмерное представление объекта.

Исследователи также продемонстрировали и несколько иной тип роботизированных волосков, которые были немного шире - для того, чтобы был больший контакт с поверхностью. Такие волоски способны определить скорость и направление потока жидкости – подобно тому, как делают это усы морских котиков, когда они выслеживают добычу в воде.

Автор: Megan Fellman | Источник: EurekAlert!
Более подробная информация по адресу: www.northwestern.edu

По материалам:

http://www.innovations-report.com/html/reports/information_technology/report-71728.html