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海星移动原理启发机器人研制
本文转自：参考消息
参考消息网4月19日报道 据英国《新科学家》周刊网站4月16日报道，在平静的海底，海星协调数百只脚进行跳动，而且是在没有大脑的情况下做到这一点。对于它们如何做到这一点的新了解，可能会给设计按照同样原理工作的水下探索机器人带来灵感。
这种海洋无脊椎动物用微小的管足将身体从地面抬起，在岩石和沙子等表面移动。加利福尼亚大学欧文分校的马修·麦克亨利说：“(这些脚)几乎就像迷你生物一样，都附着在同一个身体上——而且还有数百只。”
这些脚有强健的膜，可以让它们充满水或把水挤出来，很像液压弹簧。麦克亨利说，尽管它们在这种动物爬行时并不十分协调，但它们可以变得高度同步，产生更快的“跳跃步态”，使海星在跳跃过程中可以向上和向前扭动。
麦克亨利和他的同事对这种没有中枢神经系统的动物如何进行这种协调感到好奇，他们在水族馆中拍摄了5个成年朱古力海星的运动。他们还观察了这些动物绑上实验重量或泡沫漂浮物时的运动，这种做法可以改变它们的水下重量。
研究人员发现，负重越重，这种动物的脚通过同步水循环得到的补偿就越多。研究小组成员、南加利福尼亚大学洛杉矶分校的伊娃·坎索说，每一次跳跃都会引发更强大的“动力冲程”，进一步推动接下来的跳跃。
这一机制有点像一群人合力移动一辆被陷住的车。坎索说：“如果另一个人直接停止往上抬，你会立即感觉到——即使他们什么也不说——你会努力去承担起这个重量。”
一个定制的计算机模型支持了该研究小组关于海星运动力学的假设。根据这些原理，麦克亨利建造了一个有10只脚的长方形机器人。与海星一样，负重增多时，这个机器人会使用更多的脚——在机器人中被称为执行器，使其能够跳跃。
麦克亨利说：“由于最开始的跳跃，这个系统会产生这种共振，并最终迫使这些执行器同步运动。一旦它们一起移动，就会产生共同的力，然后就被锁定在这种跳跃中。所以，这是一个集体，它允许出现局部决策，但整个系统会从中获益。”
澳大利亚伍伦贡大学的古尔塞尔·阿利西说，根据逐个需要使用执行器会给机器人技术带来好处。他说，这将使执行器和设备能够高效使用能源，减少损耗，最终使之更持久。
田纳西州范德比尔特大学的董晓光说，这种受生物启发的工程设计可能有助于机器人在复杂的环境条件下——比如海洋探索中——采用更紧凑的设计和快速反应。
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快照生成时间：2024-04-19 20:45:09
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