Учёные из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн в сотрудничестве с коллегами из Virginia Tech, Университета Северной Каролины и Университета Южной Флориды успешно воссоздали сложную мышечную структуру щупалец осьминога. Результаты их исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Созданная ими вычислительная модель даёт возможность понять, как механическая структура руки осьминога упрощает управление её движением. Благодаря специфической мышечной архитектуре, такие сложные трёхмерные последовательности движений формируются автоматически, основанные на элементарных схемах сокращения мышц. Это открытие приближает разработку новых кибернетических технологий и мягких роботов, обладающих адаптивной подвижностью.
Ученые подробно проанализировали результаты МРТ, а также гистологические и биомеханические данные, что позволило воссоздать реалистичную модель руки осьминога с почти 200 переплетёнными мышечными группами. Также были использованы методы отслеживания изображений для фиксации движений осьминога в контролируемых условиях эксперимента. В ходе эксперимента осьминог должен был просунуть свою руку через отверстие в лите оргстекла, чтобы достать объект с противоположной стороны. Эти наблюдения позволили собрать данные о движении руки, которые подтвердили, что модель способна воспроизвести тот же тип движений, что и у осьминога.
Исследователи применили методы топологии и дифференциальной геометрии для описания формы руки и управления её движением. Анализ показал, что такие топологические характеристики, как извивание и скручивание, имеют ключевую связь с динамикой мышц и их взаимодействие формирует трёхмерные изменения, позволяя достигать сложных движений.
Результаты работы могут служить испытательной платформой для робототехников, что поможет тестировать алгоритмы управления роботизированными системами. В будущем планируется расширение модели для управления несколькими руками и её адаптация для роботизированных прототипов, что позволит автоматизировать выполнение различных задач.