För cirka 360 miljoner år sedan varelser vandrade ur vattnet och ut på torrt land, bli de första marklevande djuren. Djurens kolonisering av mark kan vara en av de största evolutionära händelserna i livets historia, men vår förståelse för fysiken i denna händelse är begränsad. Professor Henry Astley, Ph.D., från University of Akron (UA) försöker hitta svar.

Att bestämma vilka krafter som dikterar undervattensvandring kommer att svara på evolutionära frågor, ge insikt i dagens djur, och utrusta ingenjörer med värdefull information som leder till mer effektiva och eleganta undervattensrobotar. Dessa robotar kan ha oändliga applikationer, bistå vid allt från undervattensborrning till nödräddning till prospektering.

Djur gick under vattnet långt innan de klev på torr mark. Astley vill ha en djupare förståelse av denna beteendemässiga föregångare, det är därför han ger sig ut på ett nytt projekt för att studera detta vetenskapliga mysterium. Astley har tilldelats $ 297, 267 tvååriga EAGER-bidrag (Early Concept Grants for Exploratory Research) från National Science Foundation (NSF) för att hjälpa till i hans resa genom dessa okända vatten. Hans projekt, "Första stegen:Dynamik och kontroll av undervattenspromenader, "kvalificerad för EAGER -finansiering, som används av NSF för att stödja undersökande arbete i sina tidiga skeden om otestade, men potentiellt transformerande, forskningsidéer eller tillvägagångssätt.

Astley är biträdande professor i biologi och polymervetenskap vars laboratorium fokuserar på biomekanik för djurrörelser över ostrukturerad terräng. Som fakultetsmedlem i UA:s kända Biomimicry Research and Innovation Center (BRIC), Astley studerar djur för att lösa mänskliga problem.

"Ingen har någonsin fördjupat sig i fysiken för undervattensvandring, "säger Astley. Undervattensvandring kan förklaras som en kombination av terrestrisk promenad och simning. Denna unika fusion av rörelser skapar utmaningar för forskare.

I vatten, djur simmar i en miljö där deras kroppsvikt stöds genom flytkraft och genom framdrivning via hydrodynamiska interaktioner - genom att trycka av omgivande vatten. På mark, djur står inför större begränsningar av gravitationen. De måste stödjas av lemmar eller dra över landets yta genom framdrivning genom substratinteraktioner - skjuta eller dra över land. Eftersom undervattensvandring är en kombination av båda lokteknikerna, en "konstig blandning av fysik, "enligt Astley, det är oklart hur de primära krafter dessa djur möter interagerar.

För att förstå grundläggande fysikaliska egenskaper för undervattensvandring, Astley och hans team, ledd av Integrated Bioscience doktorand Kaelyn Gamel, kommer att studera undervattensvandring av spanska räfflade nytor. För att samla in uppgifter om krafterna som gäller, Newts kommer att gå över ett nedsänkt kraftsensorsystem placerat längst ner i en vanlig fiskbehållare.

"Roboter flyttar ut från löpande band och in i den naturliga världen, "säger Astley. Hans forskning är ett viktigt första steg för att optimera denna övergång.