新型仿生机器人揭开蜥蜴攀爬奥秘:四肢配合扭转才能抓稳墙壁

据外媒 NewScientist 今日报道,澳大利亚阳光海岸大学的 Christofer Clemente 和他的团队研发出一款体长约 24 厘米的仿生蜥蜴机器人。

该机器人或可用于揭示蜥蜴等爬行动物的运动原理。本研究中,研究人员通过比较仿生机器人与真实蜥蜴的运动状态,揭示了蜥蜴进行垂直攀爬运动的两大要领:四肢、脊椎配合移动,保持适宜的移动速度。

这项研究已经发表在英国皇家学会(Royal Society)网站上,论文题目为《使用仿生攀爬机器人来探索蜥蜴攀爬的表演景观(Using a biologically mimicking climbing robot to explore the performance landscape of climbing in lizards)》

论文链接:

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

一、前后肢配合旋转,抓墙更稳

Clemente 团队将蜥蜴机器人与家中壁虎、澳洲水龙等真正的蜥蜴放在一起,进行垂直攀爬测试,并将整个过程拍摄下来进行分析。

测试发现,当蜥蜴机器人的前肢向外旋转 20 度,后肢向外旋转 100 度时,它可以稳稳地待在墙上。当它的四肢以同样的角度向内旋转时,也同样可以在墙面上保持稳定。而据 Clemente 描述,在自然界中蜥蜴的四肢只能以这个角度向外旋转。

他们还发现,当蜥蜴机器人结合四肢和脊柱运动时,它可以爬得最远。虽然脊柱只能做弯曲 50 度左右的旋转运动,只旋转脊柱也可以使机器人移动,但肢体的大量运动配合脊椎的少量运动才是最有效的方式。

二、爬升速度适中,距离更远

研究发现,无论对蜥蜴还是机器人,控制适当的速度都是增加竖直爬行距离的有效方法——既不要太快,也不要太慢。

在测试中,当机器人爬升速度超过其最高速度的 70% 或低于最高速度的 40% 时,它都有一半的几率会掉下来。在这个区间里有一个最佳位置,使它保持在墙上不掉下来。而实际的蜥蜴通常以它们最大奔跑速度的 60% 到 80% 爬升,以保持它们对墙壁的抓地力。

结语:关注自然,会带来新技术的启迪

在古老的时代,诸如蝾螈的陆生四足动物只能通过脊椎的旋转来移动,而随着进化的进程,现代爬行动物找到了更适合攀爬的动作。或许,进化和仿生机器人的研发有着相似的进程,朝着相似的方向发展。

正如 Clemente 所说:“要制造更高效的机器人,我们首先应该关注自然。”

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