Οι τροχοί έχουν εξυπηρετήσει την ανθρωπότητα επί χιλιάδες χρόνια. Αλλά τους έχουμε υπερεκτιμήσει, τουλάχιστον κατά την άποψη του Ρόμπερτ Φουλ, καθηγητή εμβιομηχανικής στο πανεπιστήμιο Μπέρκλεϊ της Καλιφόρνια. Πόσα ζώα στη φύση κινούνται κυλώντας σαν τροχοί; Μόνο ένα: Το στοματόποδο, που μοιάζει με γαρίδα και καμιά φορά τυλίγεται σε μορφή στεφάνης, για να κατρακυλήσει στις παραλίες του Παναμά. Για τα ζώα της στεριάς, τα πόδια είναι η μοναδική και μάλλον η καλύτερη για τις ανάγκες τους λύση, αφού σ' αυτή και μόνο κατέληξε η μέχρι τώρα βιολογική εξέλιξη στον πλανήτη μας.

Ο Φουλ δηλώνει ότι ασχολείται με την ανακάλυψη των γενικών αρχών που διέπουν την κίνηση των ζώων. Η έρευνα της ομάδας του σημείωσε μεγάλη πρόοδο, όταν πριν από μερικά χρόνια άρχισαν να χρησιμοποιούν κάμερες υψηλής ταχύτητας για την καταγραφή όλων των σταδίων της κίνησης των κατσαριδών και άλλων εντόμων, που έτρεχαν πάνω σε κινούμενους διαδρόμους. Οπως παρατήρησε ο Φουλ, οι κατσαρίδες - αποκρουστικές γι' αυτόν, όπως και για τους περισσότερους - όταν αναγκαστούν να τρέξουν με το μέγιστο των δυνατοτήτων τους σηκώνονται στα πίσω πόδια και τρέχουν όπως οι άνθρωποι.

Τα ενδιαφέροντα συμπεράσματα πλήθυναν όταν οι επιστήμονες κατασκεύασαν διάδρομο που μπορούσε να μετρήσει την ακριβή θέση, τον ακριβή χρόνο και την ακριβή δύναμη που ασκούσαν τα πόδια των εντόμων σε κάθε τους βήμα. Η πλατφόρμα αποτελούνταν από ένα φωτοελαστικό υλικό καλυμμένο κι από τις δύο πλευρές του με πολωτικά φίλτρα κι ένα φως που έφεγγε μέσα κι από τις τρεις στρώσεις. Οταν η κατσαρίδα περπατούσε πάνω στο διάδρομο, τα πόδια της παραμόρφωναν το υλικό σε ένα ελάχιστο, ωστόσο ποσοτικά προσδιορίσιμο βαθμό. (Αρχικά, η ομάδα του Φουλ είχε χρησιμοποιήσει ζελέ σαν επικάλυψη, αλλά τα έντομα έδειχναν περισσότερο ενδιαφέρον να τρώνε το διάδρομο, παρά να περπατάνε πάνω σ' αυτόν.)

Η μελέτη έδειξε ότι τα πόδια της κατσαρίδας - αλλά και κάθε είδος ποδιού - συμπεριφέρονται σαν ράβδοι με ελατήριο, κάτι σαν ελατηριωτά ξυλοπόδαρα. Αν σχεδιαστεί το γράφημα της δύναμης που ασκείται σε κάθε βήμα, το αποτέλεσμα έχει ημιτονοειδή μορφή: Αυξάνει σταδιακά ως ένα μέγιστο κατά τη στιγμή της εκτίναξης, ελαττώνεται ως το μηδέν, όταν το πόδι αιωρείται στον αέρα, μετά αποκτά αρνητική τιμή καθώς το πόδι πατάει και ο κύκλος επαναλαμβάνεται. Με άλλα λόγια, ένα βήμα είναι μια αναπήδηση. Το περπάτημα και το τρέξιμο είναι η αναπήδηση από το ένα ελατηριωτό ξυλοπόδαρο στο άλλο, με κάποια συνοδευτική πλάγια κίνηση για περισσότερη σταθερότητα. Τα σκυλιά αναπηδούν πάνω σε δύο πόδια κάθε φορά. Οι κατσαρίδες και - ποιος θα το περίμενε - οι σαρανταποδαρούσες αναπηδούν σε τρία, ενώ τα καβούρια σε τέσσερα.

Αυτός ο κανόνας είναι παγκόσμιος και εύκολος να ενσωματωθεί σε ένα μαθηματικό μοντέλο του βαδίσματος. Τα συμπεράσματα αυτά χρησιμοποιήθηκαν σε κινηματογραφικές ταινίες, για την κίνηση φανταστικών εντόμων και άλλων ζώων, αλλά έγιναν πιο ενδιαφέροντα, όταν ο Φουλ αποφάσισε να κατασκευάσει ένα ρομπότ που θα περπατά. Τα περισσότερα ρομπότ με πόδια σχεδιάζονται να κινούνται σα να είχαν ρόδες, με α-φυσική ομαλότητα, και ελάχιστα ανεβοκατεβάσματα, ενώ έχουν πάντα τουλάχιστον τρία πόδια στο έδαφος για σταθερότητα. Τα πόδια των ζώων δε λειτουργούν έτσι. Τα ζώα εμφανίζουν δυναμική σταθερότητα: Κάθε μεμονωμένη χρονική στιγμή είναι ασταθή, αλλά ο ολοκληρωμένος κύκλος βαδίσματος είναι απόλυτα σταθερός.

Και δεν είναι μόνο αυτό. Αν και υπάρχουν διάφορα σχήματα και μεγέθη ποδιών, όλα έχουν την ίδια ελαστικότητα. Κάθε πόδι στο ζωικό βασίλειο έχει παραπλήσια ακαμψία και όλοι οι βιολογικοί οργανισμοί της ξηράς καταναλώνουν περίπου το ίδιο ποσό ενέργειας (1 Joule) για την κίνηση βάρους ενός κιλού σε απόσταση ενός μέτρου. «Είναι το ίδιο για όλα», λέει ο Φουλ. «Για τα σκυλιά, για τις κατσαρίδες, για τους ανθρώπους. Είναι απίστευτο!».

Μετά την ανακάλυψη της ιδανικής ελαστικότητας οποιουδήποτε ποδιού, ήταν αρκετά εύκολο να υλοποιηθεί το πρώτο ρομπότ με πόδια. Σε συνεργασία με το πανεπιστήμιο του Μίτσιγκαν, ο Φουλ κατασκεύασε το Rhex (από τα αρχικά των λέξεων εξάποδο ρομπότ), που δεν είχε κανέναν αισθητήρα αφής, κανένα μηχανισμό ανατροφοδότησης, καμιά προγραμματισμένη ικανότητα πλοήγησης και καμιά αντίληψη του φυσικού κόσμου. Είχε μόνο έξι πόδια πάνω στα οποία μπορούσε να κάνει μικρές αναπηδήσεις κι ωστόσο μπορούσε να διατρέξει μια ανώμαλη επιφάνεια χωρίς να σκοντάψει καθόλου. Ακόμα κι αν το έσπρωχνες από το πλάι, ανακτούσε ταχύτατα την ισορροπία του. Η αυτοσταθεροποίηση, συνειδητοποίησε ο Φουλ, δε χρειάζεται κάποιο νευρωνικό κύκλωμα: Είναι φυσικό υποπροϊόν της αναπήδησης. «Είναι ενσωματωμένη μέσα στη μηχανική μορφή».

Αυτό το συμπέρασμα φαίνεται να εξηγεί και τις καταγραφές σε βίντεο, που δείχνουν κατσαρίδες να τρέχουν σε εξαιρετικά ανώμαλες επιφάνειες χωρίς να κόβουν καθόλου ταχύτητα. «Αραγε, νιώθουν τα πάντα γύρω τους, ανατροφοδοτώντας (στο μυικό τους σύστημα) τις πληροφορίες μέσω του εγκεφάλου τους; Δεν μπορεί να συμβαίνει αυτό. Ολα εξελίσσονται πολύ γρήγορα», παρατηρεί ο Φουλ.

Για να ελέγξει τη θεωρία του, ο Φουλ επανέλαβε το πείραμα με την κατσαρίδα στον κινούμενο διάδρομο, αλλά αυτή τη φορά προσάρμοσε ένα λιλιπούτειο πύραυλο στην πλάτη της, με κατεύθυνση προς το πλάι. Στο μέσο της διαδρομής πυροδότησε τον πύραυλο. Προς έκπληξη του επιστήμονα, το έντομο ανέκτησε την ισορροπία του μέσα σε λιγότερο από 10 χιλιοστά του δευτερολέπτου, γρηγορότερα από κάθε νευρωνικό αντανακλαστικό. Ο εγκέφαλος δεν ασχολιόταν με τη σταθερότητα του σώματος. Η κατσαρίδα έμενε όρθια χωρίς να το σκέφτεται καθόλου. Ετσι, το έντομο μπορούσε να αφιερώνει τα λιγοστά νευρικά του κύτταρα για πιο σημαντικές δραστηριότητες, όπως η ανίχνευση του περιβάλλοντος με τις κεραίες του και η χάραξη διαδρομής.

Με αυτή τη γνώση, η ομάδα του Φουλ κατασκεύασε ένα νέο εξάποδο ρομπότ, το Sprawl, μετά ένα ρομπότ με πρότυπο τον κάβουρα και όνομα Ariel και τώρα πιέζει τη NASA να εγκαταλείψει τις ρόδες για τα αναγνωριστικά οχήματα που στέλνει στον Αρη και να τους βάλει πόδια. Ο Φουλ επιμένει ότι τα σχέδιά του δε μιμούνται τη φύση, αλλά απλά εμπνέονται απ' αυτή. Η φυσική επιλογή δεν παράγει βέλτιστα συστήματα, λέει. Τα βιολογικά άκρα και οι λειτουργίες τους περιορίζονται από τη διαδικασία της ανάπτυξης (πρέπει να μεγαλώνουν και να αλλάζουν στο πέρασμα του χρόνου) και από το γεγονός ότι προορίζονται να κάνουν πολλές δουλιές. «Η φυσική επιλογή δεν είναι σχεδίαση μηχανών», υπογραμμίζει, «είναι παιχνίδι με ό,τι υπάρχει διαθέσιμο».