Il passaggio dall’acqua alla terra è uno degli eventi più significativi nella storia della vita sulla Terra. Ora, un team di robotisti, paleontologi e biologi sta utilizzando i robot per studiare come gli antenati dei moderni animali terrestri siano passati dal nuotare al camminare, circa 390 milioni di anni fa
I paleontologi devono affrontare la sfida di studiare le forme e le funzioni delle specie estinte per le quali i dati sui fossili conservati sono estremamente limitati, fornendo solo un quadro frammentato della vita nelle profondità del tempo. In un articolo pubblicato sulla rivista Science Robotics (1), il gruppo di ricerca, guidato dall’University of Cambridge, descrive come la “robotica ispirata al paleo” potrebbe fornire un prezioso approccio sperimentale per studiare come le pinne pettorali e pelviche degli antichi pesci si sono evolute per sostenere il peso sulla terra.
«Poiché le prove fossili sono limitate, abbiamo un quadro incompleto di come la vita antica abbia effettuato la transizione verso la terra», ha affermato l'autore principale, il dottor Michael Ishida (2) del Dipartimento di Ingegneria di Cambridge. «I paleontologi esaminano i fossili antichi alla ricerca di indizi sulla struttura delle articolazioni dell’anca e del bacino, ma ci sono limiti a ciò che possiamo imparare solo dai fossili. È qui che i robot possono entrare in gioco, aiutandoci a colmare le lacune nella ricerca, in particolare quando si studiano i principali cambiamenti nel modo in cui si muovono i vertebrati».
Il dottor Ishida è membro del Bio-Inspired Robotics Laboratory di Cambridge, guidato dal professor Fumiya Iida (3). Il team sta sviluppando robot efficienti dal punto di vista energetico per una varietà di applicazioni, che traggono ispirazione dai modi efficienti in cui si muovono gli animali e gli esseri umani. Egli racconta: «Con i finanziamenti del Programma scientifico Human Frontier, il team sta sviluppando robot di ispirazione paleo, in parte ispirandosi ai moderni “pesci ambulanti” come i saltafango, e ai fossili di pesci estinti. In laboratorio, non possiamo far sì che un pesce vivente cammini in modo diverso, e certamente non possiamo far muovere un fossile, quindi utilizziamo robot per simulare la loro anatomia e il loro comportamento».
Il team sta creando analoghi robotici di antichi scheletri di pesci, completi di articolazioni meccaniche che imitano muscoli e legamenti. Una volta completato, il team eseguirà esperimenti su questi robot per determinare come avrebbero potuto muoversi queste antiche creature.
«Vogliamo sapere cose come quanta energia avrebbero richiesto diversi modelli di camminata o quali movimenti sarebbero stati più efficienti», ha detto Ishida. «Questi dati possono aiutare a confermare o sfidare le teorie esistenti su come si sono evoluti questi primi animali».
Una delle maggiori sfide in questo campo è la mancanza di reperti fossili completi. Molte delle specie antiche di questo periodo della storia della Terra sono conosciute solo attraverso scheletri parziali, rendendo difficile ricostruire la loro intera gamma di movimento.
«In alcuni casi, stiamo solo indovinando come alcune ossa si collegavano o funzionavano», continua Ishida. «Ecco perché i robot sono così utili: ci aiutano a confermare queste ipotesi e a fornire nuove prove per supportarle o confutarle.
Sebbene i robot siano comunemente utilizzati per studiare il movimento degli animali viventi, pochissimi gruppi di ricerca li utilizzano per studiare le specie estinte. Secondo il ricercatore «Ci sono solo pochi gruppi che svolgono questo tipo di lavoro. Ma pensiamo che sia una scelta naturale: i robot possono fornire informazioni sugli animali antichi che semplicemente non possiamo ottenere solo dai fossili o dalle specie moderne».
Il team spera che il loro lavoro incoraggi altri ricercatori a esplorare il potenziale della robotica per studiare la biomeccanica degli animali estinti da tempo. «Stiamo cercando di chiudere il cerchio tra le prove fossili e i meccanismi del mondo reale», ha affermato Ishida. «I modelli computerizzati sono ovviamente incredibilmente importanti in quest’area di ricerca, ma poiché i robot interagiscono con il mondo reale, possono aiutarci a testare le teorie su come si muovevano queste creature, e forse anche sul perché si muovevano in quel modo».
Il team è attualmente nelle fasi iniziali della costruzione dei paleo-robot, ma spera di ottenere alcuni risultati entro il prossimo anno. I ricercatori sperano che i loro modelli di robot non solo approfondiscano la comprensione della biologia evoluzionistica, ma possano anche aprire nuove strade di collaborazione tra ingegneri e ricercatori in altri campi.
La ricerca è stata sostenuta dal Programma scientifico Human Frontier. Fumiya Iida è membro del Corpus Christi College di Cambridge. Michael Ishida, ricercatore associato post-dottorato presso il Gonville and Caius College di Cambridge.
Riferimenti:
(1) Paleoinspired robotics as an experimental approach to the history of life
(2) Michael Ishida
(3) Fumiya Iida
Descrizione foto: Lo studio della vita (paleontologia e biologia) e lo studio della vita artificiale (robotica bioispirata e robotica paleoispirata) forniscono conoscenze complementari sull'evoluzione animale. - Credit: University of Cambridge.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: ‘Palaeo-robots’ to help scientists understand how fish started to walk on land