അനക്കോണ്ട കുഞ്ഞുങ്ങളുടെ അനക്കം കണ്ടെത്തല്‍ റോബോട്ടിക്‌സിന്റെ ഭാവിയുടെ താക്കോലാകുമോ?

ജീവശാസ്ത്രവും ഭൗതികശാസ്ത്രവും ഒരുമിക്കുന്ന 'ഫിസിക്സ് ഓഫ് ലൈഫ്' അഥവാ 'ബയോളജിക്കൽ ഫിസിക്സ്' എന്ന പുതിയ പഠനശാഖയിൽ, ജീവജാലങ്ങളുടെ സങ്കീർണമായ ചലനങ്ങളെക്കുറിച്ച് ശ്രദ്ധേയമായ ഒരു കണ്ടെത്തൽ നടന്നു. അവയവങ്ങളില്ലാത്ത (limbless) ജീവികളായ പാമ്പുകൾക്കും പുഴുക്കൾക്കുമൊക്കെ, ലളിതമായ ശരീരഘടനയുണ്ടായിട്ടും  പേശികളുടെ ചലനം ഉപയോഗിച്ച് ഒരുപാട് തരം ചലനങ്ങൾ സാധ്യമാണ്. ഇത് റോബോട്ടിക്സ് മേഖലയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നവർക്ക് ഏറെ താൽപ്പര്യമുള്ള വിഷയമാണ്, കാരണം കുറഞ്ഞ സങ്കീർണതയിൽ വൈവിധ്യമാർന്ന ചലനങ്ങൾ പുനർനിർമ്മിക്കാൻ ഇത്തരം പഠനങ്ങൾ സഹായിക്കും.

പുതിയ ചലനരീതിയുടെ കണ്ടെത്തൽ

അമേരിക്കയിലെ പ്രൊഫസർ ബ്രൂസ് യങ്, ഉരഗവർഗങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള തന്റെ ഗവേഷണത്തിനിടയിൽ അനക്കോണ്ടകളിൽ ഒരു പ്രത്യേകതരം ചലനം നിരീക്ഷിക്കുകയുണ്ടായി. ലബോറട്ടറിയിൽ വളർത്തിയ നവജാത ശിശുക്കൾ, കൗമാരപ്രായക്കാർ (juvenile), എട്ടു വയസ്സുള്ള പൂർണ വളർച്ചയെത്തിയവ (adult) എന്നിങ്ങനെയുള്ള എല്ലാ പ്രായത്തിലുമുള്ള അനക്കോണ്ടകളെ അദ്ദേഹം പഠനവിധേയമാക്കി. സാധാരണ പാമ്പുകൾ തരംഗരൂപത്തിലും (lateral undulation) പെരുമ്പാമ്പുകൾ നേർരേഖയിലും മരുഭൂമിയിലെ പാമ്പുകൾ വശങ്ങളിലൂടെ ചാടിയും (side-winder) സഞ്ചരിക്കാറുണ്ട്. എന്നാൽ, കുഞ്ഞ് അനക്കോണ്ടകളും കൗമാരപ്രായത്തിലുള്ള അനക്കോണ്ടകളും ഒരു പുതിയതരം ചലനം പ്രകടിപ്പിക്കുന്നത് യങ് നിരീക്ഷിച്ചു.

കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നയാൾ അടുത്തെത്തുമ്പോൾ ഭയം കാരണം രക്ഷപ്പെടാനായി, അനക്കോണ്ട ആദ്യം ഒരു 'എസ്' ആകൃതിയിൽ വളയുകയും, പിന്നീട് അതിന്റെ ശരീരത്തിന്റെ വളഞ്ഞ മധ്യഭാഗം ഉയർത്തുകയും ചെയ്യും. ഒരു സ്പ്രിംഗ് പോലെ പ്രവർത്തിച്ച്, പെട്ടെന്ന് രക്ഷപ്പെടാനാണ് ഇത് ചെയ്യുന്നത്. മുമ്പ് ശ്രദ്ധയിൽപ്പെടാത്ത ഈ ചലനരീതി, ഭാരം കുറഞ്ഞ കുഞ്ഞ്, ജുവനൈൽ അനക്കോണ്ടകളിൽ മാത്രമേ കാണപ്പെടുന്നുള്ളൂ. ഭാരം കൂടുന്തോറും ഈ ചലനം കുറയുകയും പൂർണ  വളർച്ചയെത്തിയ അനക്കോണ്ടകളിൽ ഇത് ഇല്ലാതാവുകയും ചെയ്യുന്നു. പൂർണ വളർച്ചയെത്തിയ പാമ്പുകൾക്ക് ഈ ചലനത്തിലൂടെ രക്ഷപ്പെടാൻ കഴിയില്ല.

ഗവേഷണവും ഭൗതികശാസ്ത്ര മാതൃകയും

ഈ ചലനം എങ്ങനെ സംഭവിക്കുന്നു? അതിന് ആവശ്യമായ പേശികളുടെ വിന്യാസം എങ്ങനെയാണ്? എന്തുകൊണ്ടാണ് പൂർണ വളർച്ചയെത്തിയ പാമ്പുകൾക്ക് ഇത് സാധിക്കാത്തത് തുടങ്ങിയ ചോദ്യങ്ങൾ ഉയർന്നുവന്നു. ഈ ചോദ്യങ്ങൾക്ക് ഉത്തരം കണ്ടെത്താനായി ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞർ ഒരു സൈദ്ധാന്തിക മോഡൽ (theoretical model) വികസിപ്പിച്ചു. പാമ്പിന്റെ ശരീരത്തെ ഒരു ഇലാസ്റ്റിക് ബോഡിയായി കണക്കാക്കി, പേശികളുടെ ശക്തികളെ ഗണിതശാസ്ത്ര സമവാക്യങ്ങളിലൂടെ ഈ മോഡലിൽ ഉൾപ്പെടുത്തി. ഇത് പാമ്പിന്റെ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട സ്വഭാവങ്ങളെ ലളിതവൽക്കരിച്ച ഒരു മാതൃകയായിരുന്നു.

ഗണിതശാസ്ത്ര മാതൃകയുടെ സഹായത്തോടെ, മൂന്ന് പ്രത്യേക ലോക്കലൈസ്ഡ് ഫോഴ്സ് ഇംപൾസുകൾ പാമ്പിന്റെ ശരീരത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ ഈ 'എസ്' ആകൃതിയിലുള്ള അം​ഗവിന്യാസം ഉണ്ടാകുന്നതായി കണ്ടെത്തി. തലയിൽ നിന്ന് വാലിലേക്ക് ഒരു ലോക്കലൈസ്ഡ് ഫോഴ്സ് നീങ്ങുകയും ഉപരിതലവുമായുള്ള പാമ്പിന്റെ പ്രതിപ്രവർത്തനവും ചേരുമ്പോൾ യഥാർഥ പാമ്പിന്റെ ചലനം കമ്പ്യൂട്ടർ സിമുലേഷനിലൂടെ കൃത്യമായി പുനർനിർമിക്കാൻ കഴിഞ്ഞു.

പ്രധാന കണ്ടെത്തലുകളും പ്രാധാന്യവും

- ഈ ചലനം ഒരു 'വൺ ടൈം' മൂവ്മെന്റ് ആണ്; അതായത് ഒരു തവണ 'എസ്' ആകൃതിയിൽ തുടങ്ങി, തല നീണ്ട്, ശരീരം നേരെയാവുകയും, വീണ്ടും ആവശ്യമെങ്കിൽ 'എസ്' ആകൃതിയിൽ നിന്ന് പുതിയ ചലനം തുടങ്ങുകയുമാണ് ചെയ്യുന്നത്. ഇത് ഒരു നോൺ-സ്റ്റഡി (non-sturdy) ടൈപ്പ് മൂവ്മെന്റ് ആണ്.

- ഈ ഫോഴ്സ് ഇംപൾസുകൾ ആവർത്തിച്ച് പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ, 'സൈഡ് വൈൻഡിംഗ്' പോലുള്ള ചലനങ്ങളും മോഡലിൽ നിന്ന് പുനർനിർമിക്കാൻ സാധിച്ചു. ഇത് ഈ പ്രത്യേക ചലനരീതി മറ്റ് പല പാമ്പ് ചലനങ്ങളുടെയും ഒരു അടിസ്ഥാന 'ടെംപ്ലേറ്റ്' ആയി വർത്തിക്കുന്നു എന്ന നിഗമനത്തിലേക്ക് നയിച്ചു. മരത്തിൽ കയറുന്ന പാമ്പുകളിലും മറ്റ് പലതരം ചലനങ്ങളിലും ഈ ടെംപ്ലേറ്റ് കാണാൻ കഴിഞ്ഞു.

- ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ അനുമാനം അനുസരിച്ച്, ഈ പ്രത്യേകതരം ചലനം അനക്കോണ്ടകളിലോ സൈഡ് വൈൻഡറുകളിലോ മാത്രം ഒതുങ്ങുന്നതല്ല, മറ്റ് പല പാമ്പുകളും ഇത് വിവിധ കോമ്പിനേഷനുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. പാമ്പിന്റെ പരിണാമപാതയിൽ (evolutionary path) എപ്പോഴെങ്കിലും ഈ ചലനം കടന്നുവന്നിരിക്കാമെന്നും അവർ കരുതുന്നു.

- ചലനത്തെ നിർണയിക്കുന്നത് പാമ്പിന്റെ ഭാരവും (weight) പേശികളുടെ ശക്തിയും (strength) തമ്മിലുള്ള അനുപാതമാണ്. ഈ രണ്ടും ഒത്തുപോകുന്ന ഒരു പ്രത്യേക സോണിൽ മാത്രമേ ഈ ചലനം സാധ്യമാകൂ. ഭാരം കൂടുമ്പോൾ ഇത് പ്രയാസകരമാകും.

- സോഫ്റ്റ് റോബോട്ടിക്സ് മേഖലയിൽ ഈ പഠനത്തിന് വലിയ സാധ്യതകളുണ്ട്. ഒരു പ്രത്യേക ചലനം ഉണ്ടാക്കാൻ ഏതുതരം ശക്തിയാണ് ശരീരത്തിനുള്ളിൽ ഉപയോഗിക്കേണ്ടതെന്ന് ഈ മാതൃകയിലൂടെ മനസ്സിലാക്കാൻ സാധിക്കും.

എന്തുകൊണ്ട് മുമ്പ് ശ്രദ്ധിക്കപ്പെടാതെ പോയി?

ഈ ശ്രദ്ധേയമായ കണ്ടെത്തൽ ഇപ്പോൾ മാത്രമുണ്ടായത് ചില ചരിത്രപരമായ കാരണങ്ങൾകൊണ്ടാണ്.

- പ്രത്യേകിച്ച്, കമ്പ്യൂട്ടർ സിമുലേഷനും ത്രിമാന ഗണിതശാസ്ത്ര മാതൃകകളും വികസിപ്പിക്കാനുള്ള സൈദ്ധാന്തിക ടൂളുകൾ ഈയടുത്ത കാലത്താണ് ഇത്രയധികം വികസിച്ചത്.

- എഞ്ചിനീയറിംഗ് മേഖലയിൽ ഇലാസ്റ്റിക് മോഡലുകൾ ധാരാളമായി ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, അവർക്ക് പാമ്പുകളുടെ ചലനത്തിൽ നേരിട്ട് താൽപ്പര്യമുണ്ടായിരുന്നില്ല.

- ഏറ്റവും പ്രധാനമായി, വിവിധ പഠന ശാഖകൾ തമ്മിലുള്ള ആശയവിനിമയത്തിന്റെ (communication) അഭാവമായിരുന്നു. ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞർക്ക് ജീവികളുടെ ചലനത്തിലും (locomotion), ജീവശാസ്ത്രജ്ഞർക്ക് അതിന്റെ മെക്കാനിക്കൽ വശങ്ങളിലും താൽപ്പര്യമുണ്ടായിരുന്നില്ല. ഈ വ്യത്യസ്ത മേഖലകളിൽ നിന്നുള്ള ആളുകൾ സംവദിക്കാൻ തുടങ്ങിയപ്പോഴാണ് ഇത്തരം രസകരമായ പ്രശ്നങ്ങളും അവയെ പഠിക്കാനുള്ള സാധ്യതകളും ബോധ്യപ്പെട്ടത്.

ഈ പഠനം, ജീവജാലങ്ങളുടെ ചലനങ്ങളെക്കുറിച്ച് ആഴത്തിൽ മനസ്സിലാക്കാനും, സോഫ്റ്റ് റോബോട്ടിക്സ് പോലുള്ള പുതിയ സാങ്കേതികവിദ്യകൾ വികസിപ്പിക്കാനും, ഒപ്പം വിവിധ ശാസ്ത്രശാഖകളെ ഒരുമിപ്പിക്കാനും സഹായിക്കുന്നു.

ഐഐടി ബോംബെ ഫിസിക്‌സ് വിഭാഗം അസോസിയേറ്റ് പ്രൊഫസറായ രഘുനാഥ് ചേലക്കോട്ട് (ഐഐടി ബോംബെ), ഹാര്‍വാര്‍ സര്‍വകലാശാലയിലെ പ്രൊഫ.  എല്‍. മഹാദേവന്‍, ഡോ. നിക്കോളസ് ചാള്‍സ്, കേര്‍ക്‌സ്വില്‍ കോളേജ് ഓഫ് ഒസ്റ്റിയോപതിക് മെഡിസിനിലെ പ്രൊഫ. ബ്രൂസ് യങ്, ഇല്ലിനോയിസ് സര്‍വകലാശാലയിലെ പ്രൊഫ. മാത്തിയ ഗാസോല എന്നിവരടങ്ങുന്ന സംഘമാണ് ഈ ചലനത്തിന് പിന്നിലെ ഭൗതികശാസ്ത്ര തത്വങ്ങള്‍ പഠിച്ചത്.