หุ่นยนต์สามารถใช้อธิบายวิวัฒนาการ จากสัตว์น้ำมาเป็นสัตว์บก

นักวิทยาศาสตร์ได้ประดิษฐ์หุ่นยนต์ซาลามานเดอร์ Salamandra robotica เจ้าหุ่นยนต์นี้จัดเป็นนักกรีฑาอย่างแท้จริง มันสามารถเดิน คลาน และว่ายน้ำได้ ซึ่งมีหุ่นยนต์ไม่กี่ตัวเท่านั้นที่สามารถขยับได้หลายรูปแบบเช่นนี้การศึกษาหุ่นยนต์ที่สร้างมาเลียนแบบซาลามานเดอร์นี้ช่วยแสดงให้เห็นว่า การวิวัฒนาการจากสัตว์น้ำมาสู่สัตว์บก หรือการเดินได้นั้นอาจจะง่ายกว่าที่เราคิดในมุมมองของประสาทวิทยา การกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนจากการว่ายน้ำมาสู่การเดินนั้น นับเป็นขั้นตอนสำคัญของการวิวัฒนาการของสัตว์มีกระดูกสันหลัง แต่พบว่าเป็นกระบวนการที่ตรงไปตรงมาอย่างไม่น่าเชื่อ Dr. Auke Ijspeert นักพิสิกส์จาก Swiss Federal Institute of Technology เมืองโลซานน์ ผู้ที่ทำการศึกษาในเรื่องนี้ได้รายงานการค้นพบในวารสาร Science จากการใช้หุ่นซาลามานเดอร์ Dr. Ijspeert และทีมงาน ได้แสดงให้เห็นว่า ด้วยการเปลี่ยนความเข้มของสัญญาณที่กระตุ้นสมองในส่วนที่ควบคุมการเคลื่อนไหว เราสามารถกำหนดได้ว่าหุ่นจะเลือกที่จะว่ายน้ำหรือเดิน ถ้ามีเครือข่ายของระบบประสาทที่ใช้ในการขยับขาแล้วล่ะก็ การเพิ่มวงจรประสาทอีกนิดหน่อยเท่านั้นก็จะทำให้หุ่นเดินได้Dr. Frank Fish นักชีวกลศาสตร์ จาก West Chester University, Pennsylvania กล่าวว่า การทดลองนี้นับเป็นการใช้ความรู้ทางชีววิทยาและความรู้ทางหุ่นยนต์ร่วมกัน เพื่ออธิบายปัญหาและทดสอบสมมติฐานทางประสาทวิทยาและวิวัฒนาการ ที่ชัดเจนมาก “รายงานนี้ถือเป็นตัวอย่างที่สำคัญมากๆ ที่แสดงว่า เราสามารถใช้หุ่นยนต์เป็นตัวแทนฟอสซิล หรือสิ่งมีชีวิตในการศึกษาวิวัฒนาการได้” ซาลามานเดอร์ มีความเหมือนสัตว์สี่เท้ายุคแรกๆที่เริ่มเดินได้บนบกในหลายๆด้าน สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำเหล่านี้สามารถว่ายน้ำได้เหมือนปลาในยุคแรกๆ เช่น ปลาแลมพรีย์ มันสามารถเดินเป๋ไปมาด้วยการขยับขาออกเหมือนสัตว์กลุ่มจระเข้ ดังนั้น ซาลามานเดอร์จึงนับเป็นตัวเลือกที่ดีและเหมาะสมที่สุดในการศึกษาวิวัฒนาการในการเปลี่ยนจากการว่ายน้ำมาเป็นการเดินบนบกทีมของ Dr. Ijspeert ร่วมกับนักวิทยาศาสตร์จาก INSERM ที่ฝรั่งเศส ได้ทดสอบการควบคุมของสมองว่ามีบทบาทต่อการเคลื่อนที่ของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำเทียบกับของปลาแลมพรีย์ว่าเป็นอย่างไร โดยเขาได้ศึกษาเครือข่ายของเซลล์ประสาทสองกลุ่มที่เรียกว่า central pattern generators (CPG) ที่อยู่ตามไขสันหลัง เมือกระตุ้นเครือข่ายของ CPG พบว่า เซลล์ประสาทแต่ละตัวสลับกันทำงานระหว่างการส่งสัญญาณและการไม่ส่งสัญญาณ ส่งผลให้เกิดการหดของกล้ามเนื้อเป็นจังหวะ ทั้งปลาแลมพรีย์และซาลามานเดอร์ มีเครือข่ายของเซลล์ประสาทในการควบคุมการขยับกล้ามเนื้อ หนึ่งเครือข่าย ในการว่ายน้ำเครือข่ายนี้ส่งสัญญาณของการหดตัวของกล้ามเนื้อไปตามแนวของลำตัว เป็นลักษณะคลื่นรูปตัว S ไปทางหาง ซาลามานเดอร์จะมีเพิ่มอีกหนึ่งเครือข่ายที่ควบคุมการเคลื่อนไหวของรยางค์ในปี 2003 Dr. Cabelguen และทีมงานได้ค้นพบว่า สมองส่วนกลางของซาลามานเดอร์เป็นตัวส่งสัญญาณมาที่ CPG ทั้งสองเครือข่าย เมื่อทำการกระตุ้นสมองส่วนนี้โดยใช้กระแสไฟฟ้า พบว่ารยางค์ของซาลามานเดอร์เคลื่อนไหวในลักษณะของการเดิน แต่ถ้าเพิ่มสัญญาณให้มากขึ้น การทำงานของเซลล์ประสาทที่ส่งมารยางค์ก็จะเร็วขึ้นจนกระทั่งหยุดทำงานไปเลยในที่สุด เมื่อถึงจุดนี้ รยางค์ของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำนี้ก็จะหยุดเคลื่อนไหว และตัวของมันก็จะกระเพื่อมเร็วขึ้นมาก เหมือนลักษณะของการว่ายน้ำในปีนี้ทีมของ Dr. Ijspeert ได้พัฒนาโมเดลทางคณิตศาสตร์ของการส่งสัญญาณนี้ ซึ่งทำให้สรุปได้ว่า CPG ที่ควบคุมรยางค์ได้รบกวน CPG อีกกลุ่มในการส่งสัญญาเป็นคลื่นตัว S การรบกวนสัญญาณนี้ทำให้ร่างกายบิดตัวช้าลง ซึ่งเป็นกระบวนการที่จำเป็นในการเดิน เมื่อเราปิดสัญญาณของ CPG ที่ควบคุมรยางค์ลง ซาลามานเดอร์จะไม่สามารถเดินได้ และ CPG อีกกลุ่มจะทำงานแทน ทำให้มันขยับในลักษณะท่าว่ายน้ำ หรือท่าคลานถ้าอยู่บนบกจากนั้น Dr. Ijspeert ก็ได้สร้างหุ่นยนต์ซาลามานเดอร์ขึ้น เพื่อทดสอบโมเดลทางคณิตศาสตร์ที่เขาคิด หุ่นนี้ยาวประมาณ 85 ซม. มีขาหมุนได้สี่ขา และข้อต่อหกข้อดังรูป และแทนที่จะมีกล้ามเนื้อก็มีมอเตอร์คุมการเคลื่อนไหวสิบตัวแทน หุ่นนี้ถูกควบคุมด้วยรีโมทคอนโทรลที่สามารถส่งความเข้มสัญญาณได้หลายระดับเช่นเดียวกับการทดลองของ Dr. Cabelguen สัญญาณในระดับต่ำจะทำให้หุ่นซาลามานเดอร์เดินได้ แต่สัญญาณระดับเข้มขึ้นจะทำให้ขาของหุ่นหมุนเร็วขึ้น และสัญญาณที่แรงที่สุดขาก็จะหยุดหมุนไปเลย และหุ่นก็จะขยับแบบลื่นไถลแทนDr. John Long นักชีวกลศาสตร์จากนิวยอร์ก ให้ความเห็นว่า การที่ผลการทดลองของทั้งสองทีมคล้ายคลึงกันไม่ว่าจะศึกษาในสัตว์หรือหุ่นยนต์ ชี้ให้เห็นว่า นักวิจัยอาจจะสร้างวงจรประสาทที่ใช้ควบคุมการเคลื่อนไหวของซาลามานเดอร์จริงๆก็ได้ และผลการทดลองนี้ก็แสดงว่า สัตว์ยุคแรกๆที่เริ่มเคลื่อนมาอยู่บนบกนั้นอาจจะไม่จำเป็นต้องมีการสร้างวงจรประสาทขึ้นมาใหม่ทั้งหมดเพื่อช่วยให้มันเดินได้อย่างไรก็ดีนักวิทยาศาสตร์บางกลุ่มยังกังขาว่า กลไกง่ายๆเพียงเท่านี้จะสามารถอธิบายวิวัฒนาการมาสู่การเดินได้อย่างสมบูรณ์แบบทั้งหมด แต่ Dr. Long ก็คิดว่าถึงกระนั้นเท่าที่เขาทราบ หุ่นยนต์นี้ก็ทำได้ดีที่สุดเท่าที่เคยมีมาในแง่ของการศึกษากลไกการเคลื่อนไหวของสัตว์มีกระดูกสันหลัง และการศึกษานี้จะช่วยจุดประกายให้มีนักชีวกลศาสตร์ นักประสาทวิทยา และผู้เชี่ยวชาญการสร้างคอมพิวเตอร์โมเดลทำงานร่วมกันเพื่อหาคำตอบทางชีววิทยาเพิ่มขึ้นอย่างแน่นอน

อ้างอิงจาก http://www.vcharkarn.com/vnews/85664