為什么壁虎降落在樹枝上如此穩(wěn)當(dāng)，而人類發(fā)明的仿生學(xué)機(jī)器人卻做不到?在英國《通訊·生物學(xué)》雜志近日發(fā)表的一項(xiàng)動(dòng)物學(xué)研究中，科學(xué)家通過大量實(shí)際觀察和精確模型分析指出，在樹間滑行的亞洲蝎尾蜥虎(也稱亞洲蝎虎)會(huì)在降落時(shí)用尾巴穩(wěn)定身體。
為了更好地理解蜥虎尾巴的擺動(dòng)在降落中的重要性，德國馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所科學(xué)家阿爾迪安·朱蘇飛及其同事此次利用高速攝像機(jī)，拍攝了30只野生蜥虎從高臺上跳向附近一顆樹的過程，隨后再用一個(gè)近景高速攝像機(jī)拍攝了其中16只蜥虎降落時(shí)的運(yùn)動(dòng)。
研究團(tuán)隊(duì)觀察到，蜥虎會(huì)先用頭撞樹，再讓軀體和尾巴朝后擺動(dòng)。大部分著陸情況下(14次中的8次)，蜥虎的身體和頭部會(huì)朝著遠(yuǎn)離樹干的方向擺動(dòng)，導(dǎo)致它們失去對前足的控制，但它們會(huì)將尾巴壓住樹干以防止跌落。其中5只蜥虎在降落時(shí)四腳全在樹干上，另外一只失去了控制，摔了下來。還有兩只無尾蜥虎在嘗試降落后也從樹干上摔了下來。
為了研究蜥虎是如何利用尾巴擺動(dòng)防止摔落的，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了兩個(gè)類似蜥虎的柔性機(jī)器人，并用彈射器發(fā)射，模擬從滑行到高速降落的過程。這兩個(gè)機(jī)器人的身形比例類似蜥虎，但一個(gè)機(jī)器人有像蜥虎一樣的尾巴，而另一個(gè)沒有。研究人員測量了這兩個(gè)機(jī)器人在貼了魔術(shù)貼的垂直表面上降落時(shí)足部產(chǎn)生的力。他們發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)中無尾機(jī)器人成功降落在垂直表面的概率只有15%，而有尾機(jī)器人的成功概率有55%。如果將尾巴長度縮短到原來的25%，機(jī)器人成功降落所需的足部力量需要增加一倍以上。
結(jié)合現(xiàn)場觀測結(jié)果以及機(jī)器人分析模型顯示，尾巴能通過減少機(jī)器人貼在垂直面上所需的足力，提高其降落穩(wěn)定性和成功率。研究結(jié)果表明，蜥虎在樹間滑行時(shí)，尾巴可能也起到了類似的作用。研究人員認(rèn)為，與蜥虎尾巴相似的結(jié)構(gòu)或能幫助飛行機(jī)器人(如無人機(jī))在垂直表面降落時(shí)起到穩(wěn)定作用。(記者 張夢然)
關(guān)鍵詞： 壁虎 仿生學(xué)機(jī)器人 動(dòng)物學(xué)研究 亞洲蝎尾蜥虎
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