蜈蚣也能“游泳”？美国科学家研发出蜈蚣机器人
发布时间：2022-03-02 11:35:14
文章来源：中国科学报
美国佐治亚理工学院生物物理学家Daniel Goldman实验室在近日一场学术会议上报告称，他们研发出一种蜈蚣机器人，有望在田间穿行以清除杂草...
美国佐治亚理工学院生物物理学家Daniel Goldman实验室在近日一场学术会议上报告称，他们研发出一种蜈蚣机器人，有望在田间穿行以清除杂草。
蜈蚣身长腿多，能进行各种运动，其拥有工程师羡慕的“速度、优雅和效率”。但它们如何移动尚不清楚。
Goldman一直以来对蜈蚣很着迷，但分析蜈蚣的运动几乎是不可能的，因为它们有太多的身体节段和腿需要追踪。他的博士后Yasemin Ozkan-Aydin此前在《科学—机器人》上发表研究，把两个或三个四足机器人连接在一起，更长的机器人可以跨越更宽的间隙并爬过更大的障碍物。
佐治亚理工学院本科生Eva Erickson研究了蜈蚣如何改变奔跑方式。他利用一个名为DeepLabCut的复杂视频跟踪程序发现，六棘盲蜈蚣会改变步态适应地形。
正常情况下，六棘盲蜈蚣的腿像手指在桌子上敲击一样摆动，但有时波动的方向会改变。在平面上，波从最后一段开始向前移动。当情况变得“艰难”时，波就会反转。蜈蚣前腿首先移动以建立立足点，此后每条腿也跟着做，落在与前一条腿完全相同的位置。障碍物越高，蜈蚣越有可能采取这种所谓的逆行运动。
如果蜈蚣掉进水里，它们也可以“游泳”自救。佐治亚理工学院研究生Kelimar Diaz在研究这种行为时发现，蜈蚣会根据环境调整自己的动作。它们通过摆动腿开始“游泳”，随后迅速将身体从一侧扭转到另一侧，然后向前移动。
另一名研究生Baxi Chong分析了蜈蚣腿和身体如何同步。为了预测哪种组合效果最好，他使用数学建模技术，产生大量腿波和体波的组合，之后进行测试。
Chong给蜈蚣机器人编程，让它的腿和身体同步移动。但他很快发现，当两种波之间存在滞后时，机器人的速度更快。进一步测试显示，两种波的一些组合使机器人向后移动。
研究发现，如果机器人的腿是关节相连的，而且身体各部分柔韧，那么它的工作效果会更好。“柔软对动物和机器人有很多好处。”未参与此项工作的美国弗吉尼亚理工大学生物力学专家Jake Socha说。
Goldman的新机器人非常灵活，下一步研究人员将训练它们完成实际任务，如识别和根除杂草。他与杜克大学植物发育生物学家Philip Benfey合作，计划为该机器人配备人工智能软件，用于识别单个杂草。两人设想机器人可以通过注射除草剂、使用激光或放电来除草。
或许有一天，成群结队的蜈蚣机器人帮助人类完成各种任务：种植和收获作物、搬运货物、监测环境，甚至太空探索。(王方)
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