Equipe simula movimento coletivo de bolhas de vermes para futuros sistemas robóticos de enxame

Os vermes tubificinos são vermes segmentados capazes de formar bolhas emaranhadas que se comportam como um único organismo para se adaptar a condições ambientais extremas ou migrar com mais eficiência. Os vermes individuais são capazes de se alongar, entrelaçando-se em uma área irregular do terreno e arrastando a esfera coletiva do verme através de uma passagem estreita em experimentos de laboratório.

Um grupo de cientistas da Universidade de Tohoku e da Universidade de Hiroshima criou recentemente um terreno irregular e confinado para estudar o movimento coletivo de bolhas de vermes. O terreno artificial lembrava o formato de um haltere com três pequenos postes de cada lado. A bolha de verme estava confinada a um lado do terreno por uma passagem estreita pela qual a bolha não conseguia passar sem estreitar sua forma esférica.

Os pesquisadores simularam com sucesso os movimentos coletivos dos vermes e esperam usar o projeto para futuros sistemas robóticos de enxame, ou sistemas de muitos componentes individuais que devem funcionar coletivamente, usando agentes de corpo mole. A equipe publicou suas descobertas na edição de 29 de agosto da revista Fronteiras em Neurorobótica.

“Estudos anteriores sobre os mecanismos de locomoção de enxames de organismos em forma de verme concentraram-se na locomoção em ambientes planos, mas ainda não estava claro como eles se movem em ambientes do mundo real, que têm espaços confinados e ambientes convexos e côncavos, explorando atividades físicas interindividuais. interações”, disse Takeshi Kano, investigador principal do estudo e professor assistente da Escola de Pós-Graduação em Ciências Integradas para a Vida da Universidade de Hiroshima, em Higashi-Hiroshima, Japão.

“Em contraste, investigamos o mecanismo do comportamento locomotor adaptativo de organismos em forma de verme em um ambiente confinado”, disse Kano. “Essas experiências comportamentais em ambientes com várias condições de contorno nos ajudaram a entender como os worms se movem coletivamente em ambientes complexos… explorando interações baseadas em conexões físicas entre os worms individuais.”

Quando os vermes formam bolhas, os vermes na borda externa da bolha mantêm suas cabeças dentro da bolha e suas caudas voltadas para fora. Com base em experiências preliminares usando apenas alguns vermes, a equipa de investigação levantou a hipótese de que expor as bolhas de vermes a um repelente químico faria com que alguns vermes da bolha se afastassem do repelente, movendo as suas cabeças para fora da bolha e estendendo-se para fora.

A equipe levantou ainda a hipótese de que os vermes individuais das bolhas de vermes estenderiam suas cabeças a partir da bolha em seu terreno confinado em forma de haltere e se juntariam para formar uma espécie de apêndice crescente, ou pseudópode, que poderia se entrelaçar com as estacas do outro lado de O terreno. O pseudópode então puxaria e deformaria a bolha através da passagem estreita do terreno enquanto aumentava o pseudópode com mais vermes.

Experimentos subsequentes apoiaram a hipótese da equipe. “Nossos resultados sugerem que as bolhas de verme mantiveram sua forma hemisférica na arena aberta. No entanto, em um canal confinado com vários pinos, a bolha poderia deformar-se de forma flexível e mover-se de forma eficaz usando os pinos”, disse Kano.

É importante ressaltar que a equipe foi capaz de simular matematicamente com precisão o comportamento das bolhas de verme, fornecendo um meio de replicar os movimentos individuais e coletivos das bolhas de verme em sistemas artificiais, como a robótica de enxame, que exigem que muitos componentes individuais se movam coletivamente.

Embora a formação da bolha do verme forneça alguma medida de proteção aos vermes tubificinos contra condições ambientais negativas e predadores, manter uma estrutura semelhante à bolha ao se mover em espaços apertados é impraticável, de acordo com os pesquisadores. A principal vantagem de sua estrutura esférica é provavelmente o crescimento de estruturas de pseudópodes que permitem aos vermes explorar seu ambiente em busca de características do terreno que possam explorar para se afastarem de ambientes pobres.

A equipe espera que sua modelagem de worm blob seja usada no projeto de futuros sistemas robóticos de enxame. No entanto, mais experimentos precisarão ser realizados para simular movimentos de vermes em ambientes mais complexos e para criar simulações que levem em conta a capacidade de flexão dos vermes.