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受生物启发的机器人技术:向蜻蜓学习

时间:2021-01-22 12:20:44 来源:

这是一种高速运动:在不到一秒钟的时间内,蜻蜓幼虫的口器就会向前移动以抓住猎物。几十年来,研究人员一直认为该动作必须主要由液压驱动。现在,基尔大学(CAU)的科学家们首次完全解密了被称为蜻蜓幼虫唇面罩的生物力学功能原理。动物学研究所的塞巴斯蒂安·比塞斯(SebastianBüsse)博士领导的团队为这一发现做出了重要贡献,开发出一种生物启发的机器人,其复杂口器的工作原理适合于检验其自身的假设,此处使用的技术可以导致敏捷机器人系统的显着增强。科学机器人学。

用机器人演示运动序列

“受到生物启发的机器人的主要优势之一是,它们提供了机会来测试生物学功能原理上的想法,否则这些想法将很难检查。机器人技术的理想选择是它在两个方向上起作用:我们从生物学上学到了一些东西并开发出可以在技术上应用的东西。”第一作者布塞说,他解释了该项目背后的方法论。

使用各种跨学科分析技术,研究小组首先能够破译唇罩的工作原理。专家说,计算表明,它的肌肉组织无法提供足够的功率输出来执行所观察到的运动,而无需额外的能量存储。他补充说,蜻蜓幼虫口部的喷射推进功能更像是一个可控的弹射器系统:蜻蜓头部的内部弹性结构被肌肉如弹簧在张力下保持。他说,这是储存肌肉能量的地方。口罩的两个部分相互连接,并通过共享机制锁定和触发。

根据基尔研究人员的说法,这些类型的系统在动物界很普遍,可以在例如蚱,、蝉或螳螂虾中找到。然而,在蜻蜓幼虫的情况下的一个特殊特征是这是首次描述了同步双触媒系统。学生和项目参与者亚历山大·科恩森(AlexanderKöhnsen)补充说:“两个弹射器合而为一,但是可以独立预装。它们可以共同精确地控制唇罩。”

利用生物力学创建更高效​​的机器人系统

Köhnsen继续说:“我们已经使用过程的3-D动画形象化了复杂运动序列的假设,以使它们更易于理解。” 他说,很显然,能够在一个系统内独立控制两个弹射器意味着更好的整体控制。这可以应用于技术中,例如,用于开发特别敏捷的机器人。“我们的系统有助于在弹射器驱动的过程中更好地进行控制,例如跳跃,在此过程中,额外的控制和稳定系统必须小而轻。它可以提高这类机器人的性能和效率,”项目负责人Büsse说。初步试验已经完成:为检验其假设,研究小组成功生产了一个机器人使用3D打印。该研究的高级作者,功能形态学和生物力学负责人Stanislav N. Gorb教授总结说:“经过对结构和运动的各种现代分析,最终在基尔开发出一种功能正常的受生物启发的机器人真是太棒了。它的特殊之处结构使我们对生物学模型的工作原理有了更详细的了解。”

标签: 机器人技术