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新型仿生機器人揭開蜥蜴攀爬奧祕:四肢配合扭轉才能抓穩牆壁

據外媒 NewScientist 今日報道,澳大利亞陽光海岸大學的 Christofer Clemente 和他的團隊研發出一款體長約 24 釐米的仿生蜥蜴機器人。

該機器人或可用於揭示蜥蜴等爬行動物的運動原理。本研究中,研究人員通過比較仿生機器人與真實蜥蜴的運動狀態,揭示了蜥蜴進行垂直攀爬運動的兩大要領:四肢、脊椎配合移動,保持適宜的移動速度。

這項研究已經發表在英國皇家學會(Royal Society)網站上,論文題目為《使用仿生攀爬機器人來探索蜥蜴攀爬的表演景觀(Using a biologically mimicking climbing robot to explore the performance landscape of climbing in lizards)》

論文連結:

https://doi.org/10.1098/rspb.2020.257

一、前後肢配合旋轉,抓牆更穩

Clemente 團隊將蜥蜴機器人與家中壁虎、澳洲水龍等真正的蜥蜴放在一起,進行垂直攀爬測試,並將整個過程拍攝下來進行分析。

測試發現,當蜥蜴機器人的前肢向外旋轉 20 度,後肢向外旋轉 100 度時,它可以穩穩地待在牆上。當它的四肢以同樣的角度向內旋轉時,也同樣可以在牆面上保持穩定。而據 Clemente 描述,在自然界中蜥蜴的四肢只能以這個角度向外旋轉。

他們還發現,當蜥蜴機器人結合四肢和脊柱運動時,它可以爬得最遠。雖然脊柱只能做彎曲 50 度左右的旋轉運動,只旋轉脊柱也可以使機器人移動,但肢體的大量運動配合脊椎的少量運動才是最有效的方式。

二、爬升速度適中,距離更遠

研究發現,無論對蜥蜴還是機器人,控制適當的速度都是增加豎直爬行距離的有效方法——既不要太快,也不要太慢。

在測試中,當機器人爬升速度超過其最高速度的 70% 或低於最高速度的 40% 時,它都有一半的機率會掉下來。在這個區間裡有一個最佳位置,使它保持在牆上不掉下來。而實際的蜥蜴通常以它們最大奔跑速度的 60% 到 80% 爬升,以保持它們對牆壁的抓地力。

結語:關注自然,會帶來新技術的啟迪

在古老的時代,諸如蠑螈的陸生四足動物只能通過脊椎的旋轉來移動,而隨著進化的程序,現代爬行動物找到了更適合攀爬的動作。或許,進化和仿生機器人的研發有著相似的程序,朝著相似的方向發展。

正如 Clemente 所說:“要製造更高效的機器人,我們首先應該關注自然。”