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    Forscher bauten einen Gecko-Bot, um zu untersuchen, wie Geckos gleiten und abstürzen
    Vor 24 Tagen und 12 Stunden

    Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, die Fortbewegung von Robotern zu verbessern und Roboter robuster zu machen
    Beispiele für Gleittiere gibt es viele: Flughörnchen zum Beispiel, aber auch bestimmte Schlangen, Eidechsen und Frösche. Jetzt können wir dieser Liste Geckos hinzufügen. Laut einem im September in der Zeitschrift Nature Communications Biology veröffentlichten Artikel fingen Forscher

    Es bleibt selten Zeit, über jede coole wissenschaftliche Geschichte zu schreiben, die uns in den Weg kommt. Deshalb veranstalten wir auch in diesem Jahr vom 25. Dezember bis zum 5. Januar jeden Tag eine besondere Beitragsreihe zu Twelve Days of Christmas, die eine Wissenschaftsgeschichte hervorhebt, die im Jahr 2020 durch die Löcher gefallen ist. Heute: Asiatische Flachschwanzgeckos gleiten herein die Wilden benutzen ihre Schwänze, um die Landung zu stabilisieren, nachdem sie kopfüber mit Baumstämmen kollidiert sind.

    Wie wir bereits berichtet haben, ist der winzige Gecko in der Lage, einige außergewöhnliche Fortbewegungsleistungen zu erbringen, indem er sich mit Leichtigkeit an vertikalen Wänden entlang schlängelt und sogar kurze Strecken über Wasser zurücklegt. Wie genau diese Leistungen vollbracht werden, beschäftigt Wissenschaftler seit langem. Geckos sind beispielsweise dafür bekannt, erfahrene Kletterer zu sein, die dank der winzigen haarähnlichen Strukturen an ihren Fußsohlen auf jeder Oberfläche haften können. Die kleinen Eidechsen können auch mit hoher Geschwindigkeit über die Wasseroberfläche sausen, um Raubtieren zu entgehen. Sie können es nicht sehr lange tun; der erforderliche Energieverbrauch ist zu hoch.

    Eine Studie aus dem Jahr 2018 ergab, dass mausgroße Eidechsen eine Kombination aus Oberflächenspannung und einer klatschenden Bewegung verwenden, um über Wasser zu laufen. Im vergangenen Jahr erhielten Forscher Einblicke in die grundlegende Frage, warum Geckos so viele Zehen haben. Es scheint, dass die Fähigkeit der Geckos, ihre flexiblen Zehen neu auszurichten, ein wichtiger Faktor ist, um es ihnen zu ermöglichen, sich neu auszurichten und sich an Verschiebungen der Schwerkraft (Last) anzupassen.

    Weiterführende Literatur

    Geckos weiche, behaarte Zehen orientieren sich neu, damit er an verschiedenen Oberflächen haften bleibt

    Beide Studien stammen aus dem Labor der University of California, Berkeley, der Biophysiker Robert Full, der ist auch Co-Autor dieses neuesten Artikels. Dieses Mal waren Full und seine Co-Autoren Ardian Jusufi und Rob Siddall, beide vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart, und Greg Byrnes vom Siena College, fasziniert von Erfahrungsberichten über das Gleiten von Flachschwanzgeckos und Fallschirmspringen, obwohl dieses Verhalten nie quantitativ untersucht wurde. Frühere Forschungen hatten Geckos in einem Windkanal platziert und festgestellt, dass die Tiere tatsächlich reibungslos gleiten konnten, oft benutzten sie ihre Schwänze, um ihren Körpern zu helfen, sich in der Luft zu drehen.

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    Auf dieser Grundlage stellten die Autoren die Hypothese auf, dass die Asiaten Flachschwanzgecko würden nicht nur reibungslos in ihrem natürlichen Lebensraum gleiten, sie würden auch ihre Schwänze benutzen, um sich zu ihrem gewählten Landeplatz zu drehen und zu manövrieren. Diese Art lebt in Bäumen und ist in der Lage, mehrere Meter von einem Baumstamm zum nächsten zu springen, normalerweise um Raubtieren auszuweichen. Jusufi schlug vor, Experimente mit diesen Geckos in einem Wildreservat in den Regenwäldern Singapurs durchzuführen.

    Illustration der Absturzsicherung (FAR) eines Geckos.Vergrößern / Illustration der Absturzreaktion eines Geckos (FAR).Andre Wee

    Zuerst sammelten sie mehrere Geckos (sowohl mit als auch ohne Schwanz). Sie errichteten mehrere Meter über dem Boden eine Plattform, von der die Geckos springen und zu einem nahe gelegenen Baum gleiten würden. Hochgeschwindigkeitskameras zeichneten die gleitenden Sprünge auf und zeigten, dass ein typischer springender Gecko Geschwindigkeiten von etwa 6 Metern pro Sekunde erreichen kann.

    Diese Geckos mit Schwänzen konnten konstant auf dem . landen Zielstamm ohne zu fallen, während diejenigen ohne Schwanz ihren Griff nach der Landung nicht halten konnten. Das Team erwartete, dass die Geckos eine "kontrollierte Kollisionslandung" durchführen würden, ähnlich wie fliegende Eidechsen. Stattdessen krachten die Geckos buchstäblich kopfüber in die Baumstämme und benutzten ihre Schwänze, um die Landung zu stabilisieren.

    „Unsere Versuche, die kleine, getarnte Eidechse im Regenwald zu filmen, zeigten eine absturzsichernde Reaktion, von der niemand gedacht hatte, dass sie diese Geckos könnten tun und zeigten uns, dass ihre Schwänze völlig unterschätzt wurden“, sagte Jusufi Landung nach ihrem gezielten Abstieg aus der Luft.“

    Ardian Jusufi (links) und Rob Siddall (rechts) mit Gecko-inspiriertem Roboter auf einem Baumstamm im Labor.Vergrößern / Ardian Jusufi (links) und Rob Siddall (rechts) mit Gecko-inspiriertem Roboter auf einem Baumstamm im Labor.Ardian Jusufi Lab

    Insbesondere wenn ein Gecko abstürzt, beugt er seinen Oberkörper nach hinten, um den Aufprall abzufedern, manchmal bis zu 100 Grad. Das bedeutet, dass die Vorderfüße ihren Halt verlieren, während die Hinterbeine lebenslang hängen bleiben. Wenn der Gecko nach hinten kippt, drückt er auch seinen Schwanz in den Stamm, um die Energie aus der Kollision abzuleiten. Der Schwanz dient im Wesentlichen als fünftes Bein und hilft, das Tier nach der Landung zu stabilisieren. Geckos, die auf natürliche Weise ihre Schwänze verloren hatten, konnten nicht genügend Energie abgeben, weshalb sie fielen.

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    "Diese Feldforschung über das Sitzverhalten von Geckos hat wichtige Auswirkungen auf unser Verständnis von Schwänzen als multifunktional Anhängsel, auf die sich Tiere verlassen können“, sagte Jusufi. "Sie reichen von Trägheits- bis zu Kontaktschweifen und ermöglichen die extremsten Übergänge, z. B. vom Gleitflug zur Kollision mit einer Wand. Einer der dramatischsten Übergänge, die wir uns bei der multimodalen Fortbewegung vorstellen können, ist das Aufsteigen auf einer vertikalen Fläche aus der Höhe -Schnellgleitflug zum Stillstand."

    Illustration des Landevorgangs für den Gecko-inspirierten RoboterVergrößern / Illustration des Landevorgangs für den von Geckos inspirierten RoboterElla Maru Studio

    Um ihre Feldbeobachtungen zu überprüfen, baute das Team einen von Geckos inspirierten Roboter mit einem weichen Oberkörper, vier nachgiebigen Füßen mit Klettverschlüssen an der Unterseite und einem abnehmbaren Schwanz. Der Roboter war so programmiert, dass er seinen Schwanz beugt, wenn sein Vorderfuß auf einer Oberfläche auftrifft. Ein Mikrocontroller an der Schulter des Roboters aktiviert einen Motor, wodurch eine Sehne das Heck in die Wand drückt, um die Landung zu stabilisieren.

    Die Forscher benutzten ein Katapult, um den Roboter auf eine Landefläche zu schleudern: a Holzplatte, die mit einer Filzstoffbahn überzogen ist, um einen Baumstamm zu simulieren. Direkt darunter befand sich eine zweite Platte, die mit einem Kraftsensor verbunden war und so positioniert war, dass bei der Landung nur die Hinterfüße des Roboters Kontakt hatten. Jusufiet al. filmte ihre Starts und nutzte das Filmmaterial, um die Pose des Roboters während der Landung zu extrahieren.

    Die Ergebnisse: Je länger der Schwanz des Geckos, desto geringer die Kraft, die die hinteren Füße von der Oberfläche wegzieht, und desto einfacher war es damit der Roboter nach der Bruchlandung festhält. Als sie den Schwanz des Gecko-Bots entfernten, waren die Kräfte auf die Hinterfüße jedoch zu hoch, sodass der Roboter seinen Halt verlor, abprallte und hinfiel – genau wie seine lebenden schwanzlosen Gegenstücke. Der Schwanz ist also in der Tat unerlässlich, um die schnelle Bruchlandung des Geckos zu stabilisieren. Diese Arbeit könnte laut Jusufi eines Tages dazu beitragen, die Roboterbewegung zu verbessern und bioinspirierte Roboter robuster und einfacher zu steuern.

    DOI: Nature Communications Biology, 2021. 10.1038/s42003-021-02378-6 (Über DOIs).

    Schwänze stabilisieren Landung von gleitenden Geckos, die kopfüber in Baumstämme krachen.





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