视频:跳跃蜥蜴的有用尾巴启发了新型机器人设计

视频:跳跃蜥蜴的有用尾巴启发了新型机器人设计

即使蜥蜴一开始俯冲,跳跃时也会用尾巴来调整身体,甩动尾巴来改变自己的角动量,确保安全落地。一项新研究表明,机器人也可以做到这一点,使用受控的机器人尾巴可以确保安全着陆。因此,下一代搜救机器人可能不会模仿蛇、蜘蛛或飞行生物,而是模仿蜥蜴和恐龙。

加州大学伯克利分校的研究人员发现,就像走钢丝的人使用平衡杆或猫用尾巴栖息在树上一样,蜥蜴可以用尾巴提供外部扭矩。它们向上摆动尾巴以防止自己向前倾斜。综合生物学教授罗伯特·J·富尔 (Robert J. Full) 研究了壁虎如何使用尾巴来防止脚滑落时从垂直表面掉下来,但这是第一次有人研究跳跃时尾巴的使用方式。研究结果还支持了 1969 年关于迅猛龙等兽脚类恐龙的假设,这些恐龙可能使用尾巴作为动态稳定器。

Full 实验室的学生观察了一只蜥蜴在跳跃时脚滑倒后在半空中恢复的过程,并提出了一项跌倒研究来衡量尾巴的重要性和用途。研究人员哄骗一些红头鬣蜥沿着一条跑道跑,跳过一个特定的障碍物并落在另一个垂直表面上。但障碍物上的表面摩擦力各不相同,所以蜥蜴有时会失去立足点,失去控制。然后这些动物会扭动尾巴来调整自己,并安全地垂直着陆。

研究团队创建了数学模型来解释尾部的三维运动,并制造了一个名为 Tailbot 的机器人来解决这个问题。Tailbot 基本上是一辆遥控汽车,尾部有一根铝棒。研究团队将 Tailbot 从斜坡上发射下来,斜坡倾斜的角度与蜥蜴的拱顶相同,并保持尾部僵硬。Tailbot 机头朝下俯冲。然后他们使用一个微型陀螺仪作为传感器,让 Tailbot 感知自己的方向,并编程让汽车摆动铝制尾巴作为回应。研究人员报告说,他们再次发射它,尾巴向上摆动,Tailbot 自行恢复,保持几乎恒定的车身角度。

这对于设计在崎岖不平的地方(如满是瓦砾的灾区)使用的机器人非常有用。主动控制的尾部可以响应身体姿态的变化,确保机器人不会摔倒并摔坏。

为了进一步证明他们的观点,研究小组在迅猛龙模型上测试了他们的数学计算,发现它可以以类似的方式使用其巨大的尾巴。研究人员表示,如果肌肉足够强壮,它可能能够进行比壁虎和其他树蜥更出色的特技飞行。这篇论文发表在《自然》杂志的早期在线版上。

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