Di chuyển của rắn và ứng dụng trong chế tạo robot
Rắn là động vật bò sát, không có chi nhưng da rắn được phủ vảy. Lớp vảy bao phủ bề mặt vừa có tác dụng như một cơ quan bảo vệ vừa giúp rắn di chuyển. Không ít người đã chứng kiến những lớp da được bóc khỏi thân rắn sau khi rắn "lột da". Mỗi lần rắn lột da như một lần thanh niên "thay áo mới" khi những chiếc áo cũ không còn vừa với cơ thể đã tăng về kích thước. Mỗi lần lột da cũng là một dịp rắn "tổng vệ sinh" thân thể vì những vi sinh vật (vi khuẩn, virus, nấm) bám trên da và có khả năng gây bệnh sẽ được "rũ bỏ" theo lớp da cũ. Khi quan sát kỹ mảng da cũ đã bong khỏi thân rắn ta cũng thấy rõ các vảy da của rắn.
Nhờ ma sát của các vảy mà rắn có thể trườn được kể cả trên các địa hình tương đối phẳng và nhẵn như mặt đường nhựa hay một bãi cát mịn. Khi di chuyển, thân rắn thường tạo thành các đoạn gấp khúc, co phần bụng, tạo các đoạn xoắn hay trườn theo hình chữ S. Kiểu di chuyển thân hình chữ S còn được gọi là kiểu di chuyển nhấp nhô hai bên sườn do khả năng tỳ hai bên sườn vào các vật cản trên đường di chuyển. Các nhà khoa học cho rằng các vảy bụng của rắn khi cọ sát với các vận cản kích thước nhỏ có khả năng trợ giúp cho quá trình di chuyển. Tuy vậy vai trò cũng như cơ chế trợ giúp của các vảy bụng chưa được khám phá.
Nhóm các nhà nghiên cứu tại Viện công nghệ Georgia ở Atlanta chứng minh được rằng ma sát do các vảy bụng có giá trị lớn nhất khi rắn chuyển thân mình sang hai bên chứ không phải khi chuyển về phía trước hay phía sau. Khi ma sát có chiều hướng làm giảm vận động ở mức cao nhất cũng là lúc các phần của cơ thể rắn thay đổi vị trí và rắn sẽ trườn nhanh hơn. Một lưu ý nữa là rắn di chuyển về phía trước dễ dàng hơn di chuyển về phía sau nhưng chưa có nghiên cứu nào về ma sát của quá trình di chuyển sang bên.
Thí nghiệm cho thấy trên bề mặt gồ ghề, ma sát sẽ lớn hơn khi rắn trườn sang hai bên và ngược lại, trên bề mặt trơn cọ sát giữa thân rắn với bề mặt địa hình di chuyển gần như cân bằng ở tất cả các hướng di chuyển. Như vậy tăng cọ sát khi rắn trườn sang bên cần thiết cho quá trình di chuyển của cơ thể.
Khi chuyển các thông số đo được vào mô hình toán học, về cơ bản "con rắn mô phỏng" di chuyển tương tự như chú rắn trong thí nghiệm thật về hướng di chuyển nhưng với vận tốc nhỏ hơn. Vì vậy một giả thuyết được đưa ra là răn đã dồn trọng lượng vào những phần nhất định của cơ thể với mục đích giảm tiếp xúc bề mặt với những địa hình có khả năng cản trở quá trình di chuyển lớn nhất. Khi vấn đề này được khắc phục, "rắn giả" đã tăng tốc được 35%, gần với vận tốc di chuyển của "rắn thật". Như vậy sự thay đổi lực cản "từ đầu đến chân" đã thiết lập quá trình di chuyển của rắn.
Bruce Young, chuyên gia nghiên cứu giải phẫu động vật có xương sống tại ĐH Massachusetts Lowell cho rằng lý thuyết về lực cản và ma sát có vai trò quan trọng hơn lực nội sinh khi rắn di chuyển thật hấp dẫn vì đối với các kiểu vận động trên mặt đất của nhiều loài động vật khác thì "sức ỳ của cơ thể" là tất cả. Tuy vậy Bruce Young cũng cho rằng các kiểu di chuyển khác của rắn có thể không tuân theo mô hình này.
Nếu các nhà chế tạo dùng các vật liệu có tính chất tạo ma sát tương tự như các vảy trên da rắn, robot có thể thực hiện các di chuyển kiểu rắn trườn và các nhà chế tạo robot không phải lắp thêm các bánh xe để chống lại hiện tượng trượt sang hai bên. Như vậy phát hiện này có thể giúp thiết kế các kiểu robot mô phỏng vận động của rắn hoạt động trong các không gian chật hẹp.
Howie Choset, nhà nghiên cứu robot tại ĐH Carnegie Mellon (Pittsburgh, Pennsylvania) cho rằng hầu hết rắn robot hiện nay đều mô phỏng kiểu vận động cuộn mình của rắn chứ không phải kiểu tạo sóng hai bên và nghiên cứu này có khả năng đem lại những tiến bộ mới trong chế tạo robot rắn mang "các tấm vảy".
Xem thêm[sửa]
- Bài viết về Rắn, wikipedia tiếng Việt
- Nature News, xem các bài khác
