Ongeveer 360 miljoen jaar geleden, wezens trokken uit het water en op het droge, de eerste landdieren worden. De kolonisatie van land door dieren is misschien wel een van de grootste evolutionaire gebeurtenissen in de geschiedenis van het leven, maar ons begrip van de fysica van deze gebeurtenis is beperkt. Professor Hendrik Astley, doctoraat, van de Universiteit van Akron (UA) zoekt naar antwoorden.

Bepalen welke krachten onderwater lopen dicteren, zal evolutionaire vragen beantwoorden, inzicht geven in de dieren van nu, en voorzie ingenieurs van waardevolle informatie die zal leiden tot efficiëntere en elegantere onderwaterlooprobots. Deze robots kunnen eindeloze toepassingen hebben, helpen bij alles, van boren onder water tot noodhulp tot exploratie.

Dieren liepen onder water lang voordat ze voet op het droge land zetten. Astley wil een dieper begrip van deze gedragsvoorganger, daarom begint hij aan een nieuw project om dit wetenschappelijke mysterie te bestuderen. Astley heeft een prijs van $ 297 gekregen, 267 tweejarige EAGER (Early Concept Grants for Exploratory Research)-beurs van de National Science Foundation (NSF) om te helpen bij zijn reis door deze onbekende wateren. Zijn project, "Eerste stappen:dynamiek en controle van onderwaterlopen, " gekwalificeerd voor EAGER-financiering, die door de NSF wordt gebruikt om verkennend werk in een vroeg stadium te ondersteunen op niet-geteste, maar potentieel transformerend, onderzoeksideeën of -benaderingen.

Astley is een assistent-professor biologie en polymeerwetenschap wiens laboratorium zich richt op de biomechanica van dierenbewegingen over ongestructureerd terrein. Als faculteitslid van het gerenommeerde Biomimicry Research and Innovation Centre (BRIC) van de UA, Astley bestudeert dieren om menselijke problemen op te lossen.

"Niemand heeft zich ooit echt verdiept in de fysica van wandelen onder water, ", zegt Astley. Wandelen onder water kan worden uitgelegd als een combinatie van wandelen op het land en zwemmen. Deze unieke samensmelting van bewegingen zorgt voor uitdagingen voor onderzoekers.

In water, dieren zwemmen in een omgeving waar hun lichaamsgewicht wordt ondersteund door drijfvermogen en door voortstuwing via hydrodynamische interacties - door het omringende water af te duwen. Op het land, dieren worden geconfronteerd met grotere beperkingen door de zwaartekracht. Ze moeten worden ondersteund door ledematen of over het landoppervlak slepen door voortstuwing door substraatinteracties - duwen of trekken over land. Omdat onderwaterlopen een combinatie is van beide locomotieftechnieken, een "rare mix van natuurkunde, "volgens Astley, het is onduidelijk hoe de primaire krachten waarmee deze dieren worden geconfronteerd, op elkaar inwerken.

Om de fysieke basiseigenschappen van wandelen onder water te begrijpen, Astley en zijn team, onder leiding van Integrated Bioscience-promovendus Kaelyn Gamel, zal het onderwaterlopen van Spaanse geribbelde salamanders bestuderen. Om gegevens te verzamelen over de krachten die van kracht zijn, de salamanders lopen over een ondergedompeld krachtsensorsysteem dat op de bodem van een standaard aquarium is geplaatst.

"Robots verplaatsen zich van de lopende band naar de natuurlijke wereld, ", zegt Astley. Zijn onderzoek is een belangrijke eerste stap in het optimaliseren van deze transitie.