Các nhà khoa học thành công trong việc dạy nhện nhảy bằng 4 chân

Các nhà khoa học đã huấn luyện thành công con nhện, yêu cầu được nó nhảy theo mệnh lệnh. Ngoài mong muốn làm khiếp hãi những linh hồn nhỏ bé sợ nhện trên toàn thế giới, thì họ còn muốn tạo ra một thế hệ robot hoàn toàn mới được thiết kế dựa trên tự nhiên.

Có rất nhiều loài nhện biết nhảy, đơn cử như loài nhện nhảy Phidippus regius góp mặt trong nghiên cứu này. Kĩ thuật nhảy của con nhện cũng cực kì hoàn thiện, khi lao về phía trước để vồ mồi (hay vồ những cá nhân sợ nhện mong manh, chúng có thể bay ra phía trước với khoảng cách 6 lần chiều dài cơ thể chúng. Độ dài trung bình của con nhện là 15 mm, và nó có thể nhảy xa ít nhất là 60 mm.

So sánh với loài người thượng đẳng chúng ta? Ta chỉ có thể nhảy xa được 1,5 lần chiều cao cơ thể thôi. 

Nhảy ngắn.

Nhảy dài.

Với kĩ năng săn mồi tuyệt vời và chính xác cộng với một tầm nhìn rất tốt, loài nhện nhảy này là một đối tượng nghiên cứu tuyệt vời. Từ nó, ta có thể chế tạo ra những con robot nhỏ có thể nhảy một cách chính xác.

Tuy vậy, việc huấn luyện được những con nhện cái nhảy theo mệnh lệnh không phải là điều dễ dàng. Trong các mẫu nhện được nghiên cứu, chỉ có một con nhện duy nhất thực hiện đúng yêu cầu các nhà khoa học. Tên "cô ả" là Kim.

Các nhà khoa học quay lại đoạn phim Kim nhảy và đáp đất để tìm ra được bí mật đằng sau cú nhảy chính xác đến hoàn mĩ này.

Đoạn phim được quay lại cho thấy Kim có nhiều kĩ năng nhảy khác nhau. Tại khoảng cách gần – khoảng 2 lần chiều dài cơ thể nhện, Kim nhảy nhanh hơn nhưng với đường cong tốc độ và độ chính xác thấp. Nhưng với quãng đường nhảy xa – khoảng 6 lần chiều dài cơ thể Kim, thì "ả" sử dụng năng lượng để nhảy hiệu quả hơn nhiều.

Kim có thể chỉnh góc cú nhảy để nhảy lên cao hoặc xuống thấp. Các nhà khoa học nhận định Kim "tự tin" hơn khi nhảy từ trên cao xuống thấp.

"Cô nàng sẽ nhảy với mộc góc hiệu quả nhất, đồng nghĩa với việc Kim hiểu rõ về những khó khăn mà mình sẽ phải đối mặt trong cú nhảy", kĩ sư vi hệ thống Mostafa Nabawy nói với đài NBC.

"Và Kim có thể căn thời gian nhảy một cách chính xác để đáp đất hiệu quả nhất, nhằm tối đa hóa hiệu quả năng lượng của cú nhảy".

Đây là Kim.

Sau khi chụp cắt lớp 3D con nhện, các nhà khoa học có thể dựng nên được một mô hình cơ thể nhện cũng như cấu trúc 8 chân của nó.

Các nhà sinh học vẫn biết rằng loài nhện sử dụng áp lực nước từ dung dịch trong chân nhện để làm chân căng dài ra, tăng sức mạnh cho cú nhảy. Nhưng đến thời điểm này, các nhà nghiên cứu vẫn tranh cãi xem sức ép thủy lực có thay thế được sức mạnh cơ bắp không.

Trong thử nghiệm nhện nhảy lần này, họ tìm ra rằng "cô" Kim chỉ cần tới sức mạnh của cơ bắp cũng có thể nhảy được rồi. Trước khi rời bệ phóng, Kim để lại một sợi tơ mỏng, có lẽ là để cân bằng được năng lượng của chú nhảy mạnh mẽ.

"Kết quả nghiên cứu cho thấy Kim dù có thể sử dụng thủy lực để di chuyển chân mình, nhưng cô ta không cần tới sức mạnh này để thực hiện cú nhảy tuyệt vời kia", Bill Crowther, nhà nghiên cứu thủy động lực học thuộc đội ngũ trên nói.

"Vì thế, vai trò của chuyển động thủy lực trong loài nhện vẫn là câu hỏi mở".

Bên cạnh việc hiểu rõ hơn về cú nhảy con nhện, người ta còn sử dụng những thông tin thu thập được để chế tạo robot. "Lực chân con nhện có thể tải trọng lượng gấp 5 lần trọng lượng con nhện – điều này thật tuyệt vời và nếu ta có thể hiểu được cơ chế cơ sinh học này, ta có thể áp dụng chúng vào những lĩnh vực nghiên cứu khác", nhà nghiên cứu Nabawy nói.

"Con nhện phải lên kế hoạch về mọi thứ, nó phải tính toán nhảy chính xác để vồ mồi càng nhanh càng tốt và càng chuẩn càng tốt:.

Các nhà khoa học đã thử dựng mô hình robot có cơ chế và kích cỡ dựa trên con nhện và cho nó nhảy thử. Họ đã thất bại. Mô hình này quá nhỏ, ta chưa thể so sánh với Mẹ Thiên nhiên khi thiết kế máy móc ở quy mô này. Cần thêm những nghiên cứu mới để có thể tạo ra một thứ đem so sánh được với một cơ chế cơ sinh học tuyệt vời chỉ có ở tự nhiên.

Nghiên cứu này đã được đăng tải trên Nature.