>

Вчені створили робота істоти, яка існувала 280 мільйонів років тому

Крокодилоподібна тварина з далекого минулого розкрила секрети свого ходіння, вирішивши давню суперечку науковців. Для цього дослідники використали арсенал кінематографії, комп’ютерного моделювання та робототехніки.

Orobates pabsti fossil
Тварина, яка навчилась піднімати своє тіло високо над землею. Джерело:
Phil Degginger/Alamy

Симбіоз науки та кінематографу

Якщо порівнювати фантастичні фільми минулого та сучасні релізи, то можна помітити, якими гігантськими кроками пересувається мистецтво комп’ютерної графіки. Іноді навіть складно повірити, що орки з «Володаря перснів», лютововки та дракони з “Гри престолів”, динозаври зі «Світу Юрського періоду» існують лише у електронному вигляді. Проте навіть найдосконалішу деталізацію можуть знищити хиби у зображенні рухів. Реалізм був би неможливим без довгої та плідної взаємодії між наукою та кінематографом.

Такі дослідження розпочалися ще до винайдення останнього. Е́двард Мáйбрідж, ім’я якого правильно писати Eadweard, займався вивченням руху тварин та його фіксації і відображення. Він використовував відразу декілька фотокамер та винайшов прилад зоопраксископ (zoopraxiscope), який міг проектувати картинки у вигляді фільму.

Muybridge-2.jpg

Eadweard Muybridge – першим вирішував суперечки щодо руху тварин за допомогою фототехніки

Те, чим займався Едвард, спочатку було не науковим експериментом, а лише намаганням розв’язати суперечку між каліфорнійським губернатором Лілендом Стенфордом та його суперником. Вони заклалися стосовно того, чи може кінь під час галопу відриватися від землі. Саме на кошти Стенфорда була збудувана спеціальна ділянка — «фотодром». З одного боку було споруджено довгу білу стіну, а з іншого — 24 кабіни з фотокамерами. Чорні коні (щоб на білому їх було краще видно), що бігли по дерев’яному треку, почергово торкалися долівки, дошки якої з’єднувалися з фотоапаратами. Затвори спрацьовували миттєво, фіксуючи всі фази бігу коней. У результаті Майбрідж отримав від кожного такого пробігу 24 моментальних знімки, серед яких були і ті, що чітко фіксували миті, коли всі чотири ноги коня відривались від землі.

Стенфорд виграв, ми стали знати трішки більше про біг коней, а техніка, що в майбутньому постане на спадщині Майбріджа та інших першопрохідців кінематографії допоможе науковцям провести тисячі важливих досліджень.

Кінь у русі. Джерело: Едвард Мейбридж

Трішки сучасніші методи

Симбіоз кінематографічних і наукових методів триває і сьогодні. У свіженькій статті від «Nature” дослідники описують, як вони використовували методи анімації для реконструкції руху давно вимерлої тварини (J.A. Nyakatura et al. Nature 565, 351–355; 2019). Результати, на жаль, не покажуть в найближчому кінотеатрі. Це дослідження вирішує суто наукову задачу.

Довгий час каменем спотикання є питання «Як ранні хребетні тварини пересувалися по суші?”. Перші хребетні або тетраподи під час руху залишалися притиснутими до землі. Більш розвинені амніоти (включають сучасних рептилій, птахів і ссавців) освоїли більш ефективний стиль руху, при якому тіло тримається вище над землею. Коли ж амніоти здійснили цю революцію в переміщенні сушею?

Надію на те, що ширма таємниці відкриється, надали рештки крокодилоподібної тварини під назвою Orobates pabsti. Вона була мешканцем територій, які відомі зараз як Німеччина, 280 мільйонів років тому. Orobates ще не належав до групи амніот, але дав початок цим сучасним володарям планети.

Реконструкція зовнішнього вигляду
Orobates pabsti . Джерело: Nobu Tamura

Відбитки лап

Палеонтологам надзвичайно пощастило, що ці тварини залишили по собі багато скам’янілостей, серед яких і відбитки прадавніх лап на субстраті.

Результат пошуку зображень за запитом "Orobates legs"
Ось такі сліди лишив по собі предок сучасних амніот. Джерело:
SEBASTIAN VOIGT/URWELTMUSEUM GEOSKOP 

Уже самі сліди – невичерпне джерело інформації про ходьбу. Але дослідникам Джоу Ньякатура з Берлінського університету та його колегам і цього видалось замало. Вони створили комп’ютерні моделі Orobates, щоб зрозуміти вірогідний діапазон руху хребта і кінцівок. Ці дані були використані для розробки динамічних комп’ютерних симуляцій, в яких враховувались сила, маса, вага, а також фактори довкілля. Так народжується магія фільму, так вирішуються наукові проблеми з терміном давності 280 мільйонів років.

Як Дісней

У далекому 1937 році Уолт Дісней мультфільмом «Білосніжка і сім гномів» зробив техніку ротоскопії мега-популярною. Цей прийом дозволяв на відзнятий матеріал з акторами та декораціями накладати анімацію, що робило процес створення мультфільму значно простішим, ніж промальовування всіх деталей вручну.

У дослідженні ходьби Orobates науковці використали таку ж методику. У даному випадку рентгенівську кінематографію сучасних тварин (кайманів, ігуан та саламандр) використали як основу для накладання зображень скелетних елементів. Так були створені суворі рамки для того, щоб моделювання руху не перетворилося з наукової фантастики на фентезі.

tetrapod robot
Робот Orobates

Більше того, дослідники запрошують всіх нас приєднатися до справи. Налаштуй параметри своїх моделей Orobates за посиланням https://biorob2.epfl.ch/pages/Orobates_interactive/ та спостерігай за змінами у способі пересування предка сучасних амніот.

На основі отриманих даних була створена роботизована модель, за якою Ви також можете постежити у цьому відео.

-->