Zijn gibbons wel goede “slingerapen”?

Gibbons en siamangs staan bekend om hun excellente slingercapaciteiten. Brachiatie (armslingeren) werd al vaker vergeleken met een slinger zoals in een staande klok. Hierbij wordt continu energie uitgewisseld tussen hoogte en snelheid (potentiële en kinetische energie). Dit gebeurt passief, zonder nieuwe energie invoer, waardoor de slingerbeweging in theorie eindeloos kan verdergaan. Gibbons moeten echter steeds een volgende handgreep vinden en aangezien ze in het tropisch regenwoud leven, bevinden goede handgrepen zich vaak op verschillende afstanden of op verschillende hoogtes. Hierdoor moeten de gibbons zelf hun bewegingspad aanpassen en dus een stukje voordeel van de passieve slinger afgeven. Als kritische wetenschappers, vroegen wij ons af of ze dan nog wel veel energie kunnen uitwisselen en of hun slingerbeweging dus wel zo efficiënt is als men denkt.
Om dit te onderzoeken, hebben we de hulp ingeroepen van de siamangs in de Zoo. In hun buitenverblijf plaatsten we een opstelling waarvan we de handgrepen makkelijk op verschillende hoogtes en afstanden kunnen plaatsen en we kunnen ze zelfs laten doorveren. De siamangs blijken zeer bereid om hun kunsten te vertonen wanneer we ze belonen met wat eten (dat uiteraard afkomstig is uit hun natuurlijk dieet). Wanneer ze over en weer slingeren filmen we hun bewegingen met vier camera’s tegelijkertijd en meten we de krachten die ze uitoefenen op de handgrepen. Met deze informatie kunnen we heel wat berekeningen doen.
Hoewel we nog volop bezig zijn met deze informatie te verwerken en nieuwe informatie te verzamelen op nog ingewikkeldere opstellingen, kunnen we toch al een paar voorzichtige besluiten trekken. Het blijkt voornamelijk de voortbewegingssnelheid te zijn die de energie-uitwisseling bepaalt en niet de complexiteit van de opstelling. Wanneer een siamang sneller gaat slingeren gaat hij minder energie uitwisselen MAAR de algemene kost van het slingeren blijkt lager te zijn. De siamang houdt dus in elke omstandigheid zijn nettokost hetzelfde: als hij traag gaat is de algemene kost hoog, maar recycleert hij veel van deze energie; als hij sneller gaat, is de algemene kost laag en recycleert hij veel minder. Simpel gezegd zou dit bij mensen kunnen betekenen dat we even moe worden van bergop gaan als van bergaf gaan.
Voorlopig lijkt het dus dat siamangs steeds met dezelfde kost slingeren, ongeacht de complexiteit van de opstelling. Maar hoe ze dat juist aanpakken, daar zijn we nog niet helemaal uit.
Fana Michilsens
Universiteit Antwerpen-FWO / CRC

Robots in de ZOO?

Al eens nagedacht over waarom er nog steeds geen robots rondlopen op straat of in de natuur? Heel eenvoudig, robots kunnen veel meer niet dan dat ze wel kunnen. Vooral als het gaat om zich efficiënt voortbewegen kunnen robots nog veel leren van dieren.

Om beter te begrijpen hoe dieren en robots bewegen, en hoe we daarvan kunnen leren om betere robots te ontwikkelen is dit jaar het LocoMorph project van start gegaan. LocoMorph is een vierjarig project gefinancierd door het 7de Kaderprogramma van de EU met zes partners; de universiteiten van Zürich en Lausanne (Zwitserland), Jena (Duitsland), Odense (Denemarken), Ryerson (Canada) en Antwerpen. Via de Universiteit van Antwerpen zal het CRC ook nauw betrokken zijn bij dit project.
Het project kent twee sleutelbegrippen: morfologie en morphosis. Met het eerste wordt bedoeld dat we inzicht proberen te krijgen in wat de invloed is van morfologie op de voortbeweging, en hoe de interactie is van verschillende  morfologische types (viervoetig, tweevoetig, met of zonder staart, enz.) met de omgeving. Morphosis slaat op veranderingen van de morfologie en hoe hiermee wordt omgegaan. Die verandering kan ongewild zijn (bv. een blessure of functieverlies van ledematen) of gewild (bv. het overgaan van viervoetig naar rechtop stappen zoals we al onderzochten bij bonobo’s). Dieren zijn veel beter dan robots in staat om aan morphosis te doen, maar hoe dit juist gebeurt (op het niveau van aanpassingen aan bewegingscontrole en bewegingscoördinatie) is veelal onbekend omdat het locomotie-onderzoek zich meestal heeft toegespitst op “eenvoudige” voortbewegingsvormen (gezonde dieren, rechtdoor stappend aan een constante snelheid).  Het Antwerpse aandeel in het project is om te bestuderen waarom dieren zich zo goed kunnen aanpassen aan wijzigingen in hun “morfologie” (zo kan een dier met een poot minder zich meestal nog zeer goed voortbewegen) en hoe ze dit juist doen. De resultaten voorzien de andere onderzoekspartners van relevante informatie die zij kunnen gebruiken om robuustere en meer polyvalente robots te ontwerpen. Tegelijkertijd kunnen we de inzichten gebruiken op zichzelf, door te begrijpen hoe dieren zich aanpassen aan veranderingen in hun omgeving (ondergrond enz.) of in hun eigen morfologie (bv. pootafwijkingen). Vertaald naar de Zoo-context kunnen we bijvoorbeeld evalueren of een nieuw type ondergrond of een nieuw verblijf al of niet een effect heeft op de voortbeweging (en zo ja, is dat dan een positief effect?). Bovendien kunnen we eenvoudiger bepalen of een bepaalde blessure voor een dier drastische gevolgen heeft of eerder gemakkelijk wordt opgevangen door een gewijzigd bewegingspatroon.
Op het CRC symposium van aanstaande vrijdag 20 november zullen de verschillende onderzoekspartners u een voorproefje geven van wat er te gebeuren staat..... Zorg dat u erbij bent!

Kristiaan D’Août (UA en CRC)