Zeesterren bewegen niet door hun vijf armen een voor een op te tillen. In afwezigheid van een centraal zenuwstelsel gebruiken ze een ander mechanisme; dat blijkt ook toepasbaar in robots.

Aan de onderzijde van de armen van zeesterren zitten tot wel duizenden pootjes met zuignappen. Deze zogenoemde buisvoetjes bewegen onafhankelijk van elkaar; zeesterren hebben namelijk geen centraal zenuwstelsel dat de boel coördineert. Maar hoe functioneren die poten? Voor onderzoekers aan de Universiteit van Californië een interessant vraagstuk.

Lees ook:

• Gebaseerd op zeeslangarmen: SKOOTR-robot is superstabiel en supermobiel
• Hoe beweegt een zeester zich voort?

Synchroonlopen

In de pootjes van zeesterren zitten spieren en membraanzakjes die water opnemen, vervolgens kort opslaan, en daarna weer ‘uitspugen’. Elke cyclus van wateropname en -afgifte vertaalt zich in een bewegende poot; een stapje vooruit. Alle cycli van de poten samen zorgen ervoor dat de zeester over een oppervlakte loopt.

Om te begrijpen hoe deze zeesterren zich gecoördineerd verplaatsen, bestudeerde het onderzoeksteam vijf volwassen zeesterren (Protoreaster nodosus) in een aquarium. Op de bovenkant van hun lichaam droegen ze kleine experimentele gewichtjes, waardoor elke zeester een verschillend lichaamsgewicht had.

Bij een laag gewicht bewogen de pootjes niet tegelijkertijd. De onderzoekers ontdekten dat de pootjes bij een hogere belasting – meer gewicht – hiervoor begonnen te compenseren; het opnemen en uitspugen van water verliep dan meer synchroon. En dat werd puur mechanisch aangestuurd, zeesterren hebben immers geen hersenen. Dit genereerde een sterkere slag door het water.

Je kunt het mechanisme vergelijken met een groep mensen die samenwerkt om een vastzittende auto te verplaatsen: als er iemand stopt met duwen, dan voelen de anderen dat direct en proberen die last over te nemen.

Van stuiteren naar systematische stappen

Een interessant mechanisme dat ook wel eens zou kunnen werken voor onderwaterrobots, dacht het team. Onderzoeksleider Matthew J. McHenry bouwde met zijn collega’s een rechthoekige robot. Net als de zeesterren gebruikt de robot meerdere voeten – binnen de robotica bekend als actuatoren – zodra de belasting hoger wordt.

“In het begin bewegen de poten van de robot ongecontroleerd, ze lijken zelfs te stuiteren. Na verloop van tijd voelen ze de kracht die ze moeten uitvoeren om synchroon te lopen. Uiteindelijk zet de robot systematische krachtige stappen”, vertelt McHenry aan New Scientist.

Bekijk het filmpje hieronder: het computermodel bootst de zeesterpoten na, waarna de robot vlotjes over de vloer wandelt.

Toepassing in de praktijk

Hoewel veel robots al gebruikmaken van actuatoren, kan juist het aanpassingsvermogen van deze onderdelen nog meer worden toegepast. Vooral in autonome robots – voertuigen die op zichzelf bewegen zonder aangestuurd te worden – die worden ingezet in uitdagende omgevingen, zoals diepzeegebieden of in de ruimte.

Het team hoopt met de zeester-uitvinding andere wetenschappers te inspireren om nog meer te experimenteren met bionische robots.

Bronnen: CurrentBiology, University of California, NewScientist

Openingsbeeld: David Cole/Unsplash

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!