پاهاي عنكبوت بدون نياز به كمك مغز تار مي‌بافند

عنكبوت‌‌هراس‌ها معمولا حركت غيرقابل پيش‌بيني عنكبوت را دليل اصلي ترس خود عنوان مي‌كنند و به بالا و پائين رفتن پاهاي عنكبوت به‌صورت دوك‌وار و حالت خودكار آن اشاره مي‌كنند. براساس پژوهش‌هاي تيمو كرينگ، هر كدام از پاهاي عنكبوت به‌ويژه در وظايف پيچيده‌ي تارسازي به‌صورت مستقل از مغز عمل مي‌كنند.

طبق پژوهش‌ها، پاهاي عنكبوت «مغز خود» را دارند و تارها را بدون نياز به مغز عنكبوت مي‌سازند. اين مسئله مي‌تواند به كمك حوزه‌ي رباتيك بيايد كه از هوش غيرمتمركز براي ساخت پاهاي خودكار ربات الهام مي‌گيرد. پژوهشگرها براي رسيدن به نتايج به مطالعه عنكبوت باغي رايج اروپايي با نام علمي آرانيوس ديادماتوس پرداختند.

تارهاي عنكبوت فوايد زيادي دارند. اين تارها خانه‌اي امن براي عنكبوت‌ها و دامي نامرئي براي به دام انداختن حشرات ديگر هستند. تارها براي به دام انداختن حشرات داراي داربست ساختاري قوي به نام مارپيچ دام هستند كه نرم و چسبناك‌اند و از مكانيزم قرقره‌اي ميكروسكوپي براي جذب طعمه برخوردار هستند.

مارپيچ دام براي به دام انداختن مگس‌ها داراي بارهاي الكترواستاتيك و همچنين چسب پيچيده‌اي براي نگه‌داشتن آن است و همچنين خاصيت كشساني معين آن باعث مي‌شود تار دربرابر تقلاي حشره‌ براي رهايي از دام مقاوم باشد.

با توجه به پيچيدگي بالاي تارهاي عنكبوت بايد اين پرسش را مطرح كنيم كه چگونه چنين حيواني با مغزي كوچك مي‌تواند ساختار پيچيده‌اي مثل تار را طراحي كرده و بسازد. فناوري مدرن در درك اين فرايند به ما كمك مي‌كند.

پژوهشگرها با فيلم‌برداري از حركت هشت پاي عنكبوت، موفق به رديابي شبكه‌ي تارسازي عنكبوت با جزئياتي بالا شدند و فرايند شكل‌گيري رقص تارها حول محور يك گذرگاه مركزي با قوانين تكراري را نشان دادند. اين قوانين به‌شدت ساده هستند. هر مرحله و تغييرات نخ تابع الگوي ثابتي است. براساس اين الگو پاهاي عنكبوت با زاويه‌ و فاصله‌اي مشخص نخ‌‌ها را به يكديگر وصل مي‌كند. پژوهشگران پروژه‌ي فوق، سال‌ها قبل عنكبوتي مجازي به نام تسوس را ساختند تا فرايند تنيدن تار واقعي را نشان دهد.

پيچيدگي ساختار تار، حاصل توالي طولاني از هزاران گام كوچك است كه هر كدام براساس مراحل قبلي انجام مي‌شوند. نتيجه‌ي اين فرايند تكراري، شبكه‌اي با ويژگي‌هاي نوظهور است. ويژگي‌هاي خاصي كه در نتيجه‌ي همكاري مؤلفه‌هاي مختلف به وجود مي‌آيند.

دكتر تيمو كرينگ، مؤلف ارشد پروژه‌ي تسوس اين عنكبوت مجازي را معرفي مي‌كند.

به دليل پيچيدگي فرايند توليد تار، مغز عنكبوت اين كار را به پاهاي آن مي‌سپارد. پاهاي عنكبوت به‌صورت نيمه‌خودكار تار مي‌تنند. هشت پا رقصي را با حلقه‌هاي بازخورد بسته و محلي انجام مي‌دهند.پژوهشگرها براي پي بردن به فرايند فوق در آزمايشگاه در برخي نمونه‌ها، نخ‌هاي تار را بريدند و در برخي ديگر تار را مانند يك چرخ فلك چرخاندند. هدف از اين مطالعه تشخيص قوانين حاكم بر تارسازي بود.

پژوهشگرها با توجه به مجموعه‌اي از قوانين از جمله قوانيني كه به عنكبوت در ساخت يك تار خراب كمك مي‌كنند، به عنكبوت مجازي تسوس يادگيري دادند. تسوس براساس رقص عنكبوت‌هاي واقعي در آزمايشگاه قوانين جديد را آموخت. براساس اين رقص‌ها هر كدام از پاها به‌صورت عاملي مستقل عمل مي‌كنند. به اين ترتيب پژوهشگرها توانستند راز تنيدن تارهاي بي‌نقص را با وجود از دست دادن يك پا درك كنند.

عنكبوت‌ها تنها جانداران داراي مغز غيرمتمركز نيستند. درواقع اغلب جانداران تا اندازه‌اي از اين ويژگي برخوردار هستند. براي مثال در انسان اين ويژگي به‌صورت عمل تپش پيوسته‌ي قلب مستقل از مغز خود را نشان مي‌دهد؛ اما عنكبوت‌ها با تارهاي خود واسطه‌اي قابل رديابي و منسجم را براي ارزيابي و چگونگي درك اين عمليات غيرمتمركز ارائه مي‌دهند.دليل عمليات جالب و بي‌نقص تنيدن‌تار در محاسبات ساده‌ي ساختار پاهاي عنكبوت نهفته است. متخصصان ربات اين فرايند را رايانش مورفولوژيك (ريخت‌شناسي) مي‌نامند و اخيرا به قدرت آن پي برده‌اند. درحالي‌كه عنكبوت باغي صد ميليون سال از اين روش استفاده مي‌كند.