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蛇帮助工程师设计搜索和救援机器人

2021-08-18 来源:九台市农业机械网

蛇帮助工程师设计搜索和救援机器人

蛇生活在各种各样的环境中,从难以忍受的沙漠到郁郁葱葱的热带森林,它们每天都在这里砍伐树木,岩石和灌木丛。通过研究这些蛇的运动方式,约翰·霍普金斯大学的工程师们创造了一种能够灵活,稳定地爬大台阶的蛇机器人。

该小组的新发现发表在《实验生物学杂志》和《皇家学会开放科学》上,推动了搜索和救援机器人的创建,这些机器人可以成功地在险恶的地形上航行中国机械网okmao.com。

“我们希望这些令人毛骨悚然的生物从中获得灵感,因为它们已经非常擅长稳定地解决日常生活中的障碍。希望我们的机器人能够像蛇一样学会如何在表面上跳跃和编织,” Chen Li说。 ,约翰·霍普金斯大学机械工程学助理教授,论文的资深作者。

李说,以前的研究主要观察到蛇在平坦表面上的运动,但是除了树木以外,很少在3D地形中运动,并且没有考虑到现实生活中的大型障碍物,例如瓦砾和碎屑,搜救机器人必须这样做。翻越。

李的团队首先研究了可变蛇王,这条蛇通常在沙漠和松橡树林中生活,是如何在李的Terradynamics实验室中爬上台阶的。Li的实验室将机器人技术,生物学和物理学领域融合在一起,研究动物运动的技巧和窍门,以构建更多用途的机器人。

李说:“这些蛇必须经常穿越巨石和倒下的树木;它们是运动的大师,我们可以从中学到很多。”

李和他的团队进行了一系列实验,改变了台阶的高度和台阶的表面摩擦力,以观察蛇对这些障碍的扭曲方式。

蛇机器人有朝一日可能会帮助我们探索地震后无法进入的地形,例如建筑废墟。但是,机器人能与生物蛇的惊人运动相匹敌吗?约翰·霍普金斯大学的研究人员已经接近实现这一目标,已经开发出了一种蛇形机器人,该机器人可以比以前的设计更好地穿越大型障碍物。

他们发现蛇将身体分成三个部分:前后身体像波浪一样在水平台阶上来回摆动,而中间身体部分则保持僵硬,就这样徘徊,以架起大台阶。他们注意到,蠕动部分提供了稳定性,可以防止蛇翻倒。

随着蛇越来越靠近台阶,三个身体部分沿着每个身体部分向下移动。随着越来越多的蛇到达台阶,其前身部分将变长,而后身部分将变短,而中身部分则保持大致相同的长度,并垂直悬挂在两步之上。

如果台阶变得更高且更滑,则蛇将移动得更慢,并且前后晃动的次数更少,以保持稳定性。

在分析了他们的视频并注意到蛇如何在实验室中爬上台阶之后,李奇实验室的一名研究生傅启远创建了一个模仿动物运动的机器人。

起初,机器蛇难以在大踏板上保持稳定,并且经常会摆动,翻转或卡在踏板上。为了解决这些问题,研究人员将悬架系统(如您的汽车中的悬架系统)插入每个车身部分,以便在需要时可以压在表面上。此后,蛇形机器人的晃动度降低了,变得更加稳定,爬上了高达其身体长度38%的台阶,成功率接近100%。

与其他研究中的蛇形机器人相比,李的蛇形机器人比除一个以外的所有蛇形机器人都更快,更稳定,甚至接近于模仿蛇的实际速度。然而,增加的车身悬架系统的缺点之一是机器人消耗了更多的电力。

李补充说:“这种动物仍然优越得多,但是这些结果对于可以穿越大障碍的机器人领域是有希望的。”

接下来,团队将测试和改进蛇形机器人,使其具有更复杂的3-D地形以及更多非结构化的大型障碍物。