Осьминоги подсказали инженерам, как создавать роботов для самых труднодоступных мест

Осьминог способен протиснуться в отверстие, которое кажется слишком маленьким для его тела. Он может вытянуть щупальца, сжать туловище и буквально протечь сквозь узкую щель. Но как животное понимает, каким образом нужно двигаться, чтобы не застрять? Международная группа учёных решила разобраться в этом необычном умении.

Главное преимущество осьминогов — отсутствие жёсткого скелета. Их мягкое тело способно сильно менять форму, поэтому эти животные легко находят убежища в самых тесных пространствах и даже выбираются из аквариумов через небольшие отверстия. Одно из главных ограничений — твёрдый клюв, который осьминог не может сжать подобно остальным частям тела.

Однако одной гибкости недостаточно. Чтобы пройти через узкое отверстие, животному необходимо правильно расположить восемь щупалец, переместить голову и осторожно протиснуть мантию — мешковидную часть тела, в которой находятся внутренние органы.

Исследователи из Италии, Австрии и Сингапура наблюдали за тремя молодыми обыкновенными осьминогами (Octopus vulgaris). Животным предлагали проходить через отверстия разного диаметра, а их движения записывали на видео и подробно анализировали.

Выяснилось, что осьминоги используют разные последовательности движений в зависимости от размера прохода.

Если отверстие относительно просторное, животное действует в три этапа. Сначала оно исследует проход щупальцами и просовывает внутрь одно из них, а затем ещё несколько. После этого осьминог закрепляется присосками за перегородку с другой стороны и использует уже продетые щупальца как опору, чтобы протиснуть через отверстие мантию и оставшиеся конечности.

Когда отверстие оказывается особенно узким, стратегия меняется. Вместо трёх этапов появляются четыре: осьминог сначала перемещает оставшиеся щупальца и только потом отдельно протискивает мантию. Таким образом, самая объёмная и уязвимая часть тела проходит через препятствие последней.

Это особенно важно, поскольку в голове и мантии сосредоточены жизненно важные органы животного, включая три сердца, пищеварительную систему и центральный мозг, который имеет кольцевую форму и окружает пищевод.

При этом центральная нервная система осьминога защищена относительно жёсткой хрящевой оболочкой. Исследователи предполагали, что её размеры могут ограничивать способность животного проходить через узкие отверстия. Для приблизительной оценки ширины этой оболочки они использовали расстояние между глазами осьминога.

Но животные сумели удивить исследователей: применяя более сложную четырёхэтапную стратегию, они проходили даже через отверстия, диаметр которых был немного меньше расстояния между их глазами.

Видеозаписи показали, насколько точно осьминоги управляют мышцами, постепенно изменяя форму мантии и осторожно протискивая её через узкий проход. Вместо того чтобы просто пытаться продавить тело сквозь препятствие, они последовательно меняют положение его частей.

Эти наблюдения заинтересовали инженеров, разрабатывающих мягких роботов для поисково-спасательных операций. Сегодня подобные устройства нередко делают вытянутыми, напоминающими змей, чтобы они могли проникать в узкие пространства.

Однако строение осьминога предлагает другой подход. Робот с гибким телом и несколькими подвижными конечностями потенциально сможет не только преодолевать сложные препятствия, но и нести больше датчиков и приспособлений для взаимодействия с окружающей средой.

Пока речь идёт лишь о возможном применении полученных знаний. Исследование проводилось на трёх животных и не охватывает всего разнообразия их движений. Тем не менее учёным удалось выделить повторяющиеся последовательности действий и показать, как осьминоги приспосабливают их к размерам препятствий.

Результаты работы опубликованы в научном журнале Journal of Experimental Biology.