'Palaeo-robôs' para ajudar os cientistas a entender como os peixes começaram a andar na terra

A transição da água para a terra é um dos eventos mais significativos na história da vida na Terra. Agora, uma equipa de roboticistas, paleontólogos e biólogos está a utilizar robôs para estudar como os ancestrais dos animais terrestres modernos passaram da natação para a caminhada, há cerca de 390 milhões de anos.

Escrevendo no diário Robótica Científicaa equipe de pesquisa, liderada pela Universidade de Cambridge, descreve como a 'robótica de inspiração paleo' poderia fornecer uma abordagem experimental valiosa para estudar como as nadadeiras peitorais e pélvicas de peixes antigos evoluíram para suportar o peso em terra.

“Como as evidências fósseis são limitadas, temos uma imagem incompleta de como a vida antiga fez a transição para a terra”, disse o autor principal, Dr. Michael Ishida, do Departamento de Engenharia de Cambridge. “Os paleontólogos examinam fósseis antigos em busca de pistas sobre a estrutura das articulações do quadril e da pelve, mas há limites para o que podemos aprender apenas com os fósseis. É aí que os robôs podem entrar, ajudando-nos a preencher lacunas na pesquisa, especialmente quando estudamos grandes mudanças na como os vertebrados se moviam.”

Ishida é membro do Laboratório de Robótica Bioinspirada de Cambridge, liderado pelo Professor Fumiya Iida. A equipe está desenvolvendo robôs com eficiência energética para uma variedade de aplicações, que se inspiram nas formas eficientes como os animais e os humanos se movem.

Com financiamento do Human Frontier Science Program, a equipa está a desenvolver robôs de inspiração paleo, em parte inspirando-se nos “peixes ambulantes” modernos, como os mudskippers, e em fósseis de peixes extintos. “No laboratório, não podemos fazer um peixe vivo andar de forma diferente, e certamente não conseguimos fazer um fóssil mover-se, por isso estamos a usar robôs para simular a sua anatomia e comportamento”, disse Ishida.

A equipe está criando análogos robóticos de antigos esqueletos de peixes, completos com articulações mecânicas que imitam músculos e ligamentos. Depois de concluído, a equipe realizará experimentos nesses robôs para determinar como essas criaturas antigas podem ter se movido.

“Queremos saber quanta energia diferentes padrões de caminhada exigiriam ou quais movimentos seriam mais eficientes”, disse Ishida. “Estes dados podem ajudar a confirmar ou desafiar as teorias existentes sobre como estes primeiros animais evoluíram”.

Um dos maiores desafios neste campo é a falta de registros fósseis abrangentes. Muitas das espécies antigas deste período da história da Terra são conhecidas apenas a partir de esqueletos parciais, tornando difícil reconstruir toda a sua amplitude de movimento.

“Em alguns casos, estamos apenas adivinhando como certos ossos se conectavam ou funcionavam”, disse Ishida. “É por isso que os robôs são tão úteis: eles nos ajudam a confirmar essas suposições e a fornecer novas evidências para apoiá-las ou refutá-las.”

Embora os robôs sejam comumente usados ​​para estudar o movimento de animais vivos, poucos grupos de pesquisa os utilizam para estudar espécies extintas. “Existem apenas alguns grupos que fazem este tipo de trabalho”, disse Ishida. “Mas achamos que é uma escolha natural – os robôs podem fornecer informações sobre animais antigos que simplesmente não conseguimos obter apenas a partir de fósseis ou de espécies modernas”.

A equipe espera que seu trabalho incentive outros pesquisadores a explorar o potencial da robótica para estudar a biomecânica de animais extintos há muito tempo. “Estamos tentando fechar o ciclo entre as evidências fósseis e a mecânica do mundo real”, disse Ishida. “Os modelos computacionais são obviamente extremamente importantes nesta área de investigação, mas como os robôs estão a interagir com o mundo real, podem ajudar-nos a testar teorias sobre como estas criaturas se moviam, e talvez até porque é que se moviam daquela forma.”

A equipe está atualmente nos estágios iniciais de construção de seus paleo-robôs, mas espera obter alguns resultados no próximo ano. Os pesquisadores dizem que esperam que seus modelos de robôs não apenas aprofundem a compreensão da biologia evolutiva, mas também possam abrir novos caminhos de colaboração entre engenheiros e pesquisadores de outras áreas.

Fumiya Iida é membro do Corpus Christi College, Cambridge. Michael Ishida, pesquisador associado de pós-doutorado no Gonville and Caius College, Cambridge.

Referência:
Michael Ishida et al. 'Robótica de inspiração paleo como abordagem experimental da história da vida.' Robótica Científica (2024). DOI: 10.1126/scirobotics.adn1125