„Crab Lab“ Apšviečia Sudėtingą Reljefą

{h1}

Kaip gyvūnai juda sudėtingoje aplinkoje, yra didelis klausimas, susijęs su keliomis sritimis, įskaitant robotiką.

Šis straipsnis už scenų buvo pateiktas „WordsSideKick.com“ bendradarbiaujant su Nacionaliniu mokslo fondu.

Fizikas Danielis Goldmanas ir jo kolegos tyrėjai iš Džordžijos technologijos instituto atskleidė palyginti neištyrinėtą temą - kaip organizmai, tokie kaip jūros vėžliai ir driežai, juda ant smėlio (arba jo viduje). Jei kada nors stengėtės vaikščioti net su malonės malonumu minkštame smėlio paplūdimyje, galite įvertinti šį klausimą. Atsakymai, kuriuos suranda Goldmano „CRAB laboratorija“ (Kompleksinės reologijos ir biomechanikos laboratorija) - pasitelkdami gyvus gyvūnus ir biologiškai įkvėptus robotus - gilina mūsų supratimą ne tik apie gyvūnų išgyvenimą, evoliuciją ir ekologiją, bet ir, galbūt, apie sudėtingų evoliuciją. gyvybės formos Žemėje. Laboratorijos tyrimai taip pat padeda projektuoti ir inžinerinius robotus, kurie turi važiuoti nestabiliu, nelygiu reljefu - pvz., Naudojamais paieškos ir gelbėjimo operacijose katastrofų vietose.

Goldmanas pirmą kartą ištyrė smėlio, kuris gali veikti kaip kieta, skysta ar net dujos, savybes, kai jis buvo fizikos doktorantas Teksaso universitete Austine. Vėliau, būdamas postdoktu Kalifornijos universiteto Berklio biologijos laboratorijoje, biologas Robertas J. Full (lyderis gamtos įkvėptų robotų srityje), jis padėjo ištirti lokomotyvą sudėtingame reljefe - pavyzdžiui, tarakonų lipimą ant vertikalių paviršių, pvz. arba vorai, bėgantys per paviršių su keliomis kojomis. Kolegijos tyrinėtojas Wyattas Korrfas domėjosi judėjimu kitokio tipo sudėtingame reljefe - granuliuotose, besikeičiančiose terpėse. Goldmanas užsikabino, ir abu vyrai pradėjo dirbti kartu. „Kai kurios įžvalgos ir įrankiai, kuriuos mes sukūrėme, buvo nepaprastai naudingi atliekant mano ankstyvuosius ir dabartinius tyrimus, visų pirma, oro srautai, kaip būdas valdyti žemės savybes“, - sako Goldmanas.

Studentui ar kritikų mylėtojui Goldmano darbas gali atrodyti kaip svajonė. Jis yra dirbęs su daugybe dykumų gyventojų ir kitų gyvūnų, įskaitant gekus, zebra-driežus, šaligatvius, vaiduoklių krabus, smėlio žuveles, vėjo skorpionus, piltuvėlių pynimo vorus ir perinti vėžlius, besislepiančius jūrų vėžliais. Laboratorijoje ir lauke jis su kolegomis stebi šiuos gyvūnus, kai jie šliaužia, šliaužia, vaikšto, bėga, slenka ir kitaip veža save ant granulių. Tyrėjai nustato tikslias detales - pavyzdžiui, voratinklio kojų lanksčius smaigalius, kurie, pavyzdžiui, palengvina judėjimą per vielos tinklą, arba tai, kaip gyvatė išsilygina, lipdama į šlaitą. Tada jie suprojektuoja robotus su fiziniais elementais ir judėjimo modeliais, apie kuriuos nori sužinoti daugiau. Atlikdama šiuos testus, taip pat kompiuterinius modeliavimus ir analizę, komanda gali sukurti, ginčyti ir patikslinti hipotezes, susijusias su fizikos principais, įkvėptais gyvūnų judesių.

Į CRAB laboratorijos robotų simbolių pavyzdžius iki šiol įeina robotas, sumodeliuotas po kūdikių jūrinius vėžlius, taip pat robotas su smėlio žuvimis.

„Flipperbot“

Neseniai komanda tyrinėjo naujai perintus jūros vėžlius, skubančius per paplūdimį prie jūros - klastingą kelionę, kurią daugelis iš mūsų matėme gamtos laidose. „Geriausi robotai, kuriuos žmonės suprojektuoja ir kuria, negali išstumti iš vėžlio, kuris perinasi, ir per visą laiką plaukioti, naudojant šiuos priedus sausumoje tik pusvalandį, bėgantį iš lizdo. Jei patelė tai daro iki pilnametystės ji, žinoma, vėl panaudos pledukus, kiaušinius dėti “, - teigė Goldmanas. Šiam tyrimui atlikti CRAB laboratorijos tyrinėtoja Nicole Mazouchova ir tyrimų technikas Andrejus Savu išvyko su mobiliąja laboratorija į Jekyll salą Gruzijoje. Jie vaizdo įrašu įrašė peryklų judesius paplūdimyje ir nešiojamojoje bandymų lovoje. Analizuodami vaizdo įrašus atgal laboratorijoje, jie pamatė, kad ant labiau supakuoto smėlio vėžliai kūdikiai savo pleputes naudojo kaip tvirtus statramsčius ir pasisuko. Tačiau ant laisvesnio smėlio vėžliai gilinosi giliau ir sulenkė riešus. Pasitelkdama „Flipperbot“ (jūs spėjote, robotas su plepomis), aguonų užpildytą bandymo lovą, taip pat teorinį modeliavimą, kurį atliko inžinierius inžinierius Paulas Umbanhowaras iš Šiaurės Vakarų universiteto (kuris taip pat padėjo padaryti „robotą“), komanda patvirtino, kad vėžlių riešo lenkimas padėjo jiems išvengti slydimo ir laikė savo kūnus virš smėlio, sumažindamas trintį ir tempimą. Modelis atskleidė, kaip kasimas giliau į daugiau smėlio suteikia didesnį efektyvumą, neleidžiant substratui duoti po kojomis. „Mes nustatėme, kad [vėžlys] yra ypač jautrus tam, kaip giliai jis įmerkia savo plekšnius į žemę, ir kad jis padarė geriau, kai sulenkė riešą“, - teigė Goldmanas. Jie taip pat nustatė, kad vėžliai (ir „Flipperbot“) buvo rimtai apsunkinti bandant plaukti smėliu, kuriam jau buvo sutrikdytas judėjimas.

„Flipperbot“, kurio judesiai stebėtinai grakštūs, yra pirmasis robotas, sumodeliuotas ant jūros vėžlių ir išbandytas su granuliuotomis medžiagomis. Jos darbas kada nors gali padėti inžinieriams padaryti judresnius robotus ir pagerinti mūsų supratimą apie evoliuciją Žemėje - ypač tiems, kurie pirmieji vaikščioja pėstute iš jūros. „Yra daug spekuliacijų dėl mechanikos, leidžiančios ankstyviesiems gyvūnams vaikščioti sausuma“, - sako Goldmanas. „Jie turėjo su ranka panašius pelekus ar panašias kojas ir niekas detaliai nežino, kaip jie būtų sąveikavę su tekančiais substratais (tokiais kaip purvas ir smėlis)“, - sako jis. "Mes stebime biologinius esamų organizmų, taip pat ir tų, kurie galėjo gyventi praeityje, klausimus. Jei pažvelgtumėte į gazeles, gepardus - šie gyvūnai yra nepaprastai judrūs antžeminiame žemės paviršiuje, ir jie atsirado iš dalykų, kurie neturėjo sausumos sampratos. žemės “.

CRAB laboratorija tiria, kaip gyvūnai, tokie kaip ši smėlio žuvis, juda ant smėlio ir ant jo. Išvados yra svarbios robotikai, be kitų studijų sričių

CRAB laboratorija tiria, kaip gyvūnai, tokie kaip ši smėlio žuvis, juda ant smėlio ir ant jo. Išvados yra svarbios robotikai, be kitų studijų sričių

Kreditas: Danielius Goldmanas.

„Flipperbot“ išvados gali būti naudingos ir kitais būdais, pavyzdžiui, informuojant jūrinių vėžlių apsaugos strategijas.

Smėlio žuvų robotas

Įvairių tyrimų metu Goldmano komanda atskleidė modelius, kurie gali padėti paieškos ir gelbėjimo robotams, suprojektuotiems judėti per ir į šiukšlių krūvas bei nuolaužas. Tai patvirtino, pavyzdžiui, kai kuriuos mokslininkus, kurie seniai įtarė: kad nupjauta smėlio žuvies galva - driežas, rastas Šiaurės Afrikoje, padeda jai pasinerti po žeme. Robotų bandymai parodė, kad kampinė galvos forma ne tik sumažina tempimą, bet ir sukuria didesnes kėlimo jėgas. Naudodamiesi rentgeno vaizdais, norėdami sužinoti, kaip smėlio žuvis juda po paviršiumi, tyrėjai nustatė, kad mažasis driežas, siekdamas išsigelbėti nuo plėšrūnų, priglaudžia galūnes prie kūno ir nusvyra per smėlį - atrodo kaip tikras plaukikas. Smėlio žuvis naudoja nuoseklų bangų modelį nuo galvos iki uodegos, kuri stumia savo kūną prie smėlio ir generuoja judėjimą į priekį. Šis bangų modelis optimizuoja greitį ir energijos suvartojimą.

Naujausiame tyrime, kuriame dalyvavo šešių kojų robotas, komanda panaudojo 3D spausdinimo technologiją, kad padarytų skirtingų formų ir fizinės orientacijos kojas, ir sužinojo, kad geriausiai išgaubtos roboto kojos, pagamintos „C“ raidės pavidalu.

„Terradynamics“ plėtojimas

Gali būti pagunda CRAB laboratorijos unikalius robotus laikyti tyrimo pabaiga, o ne priemone. Tačiau mašinos pirmiausia yra būdas sukurti ir patvirtinti hipotezes, sako Goldmanas. Laboratorijoje, kurią iš dalies finansuoja Nacionalinio mokslo fondo Gyvenamųjų sistemų fizikos ir dinaminių sistemų programos, stabiliai nustatomi pagrindiniai principai, kurie žymiai pagerins objektų judėjimo granuliuotose terpėse supratimą. „Idėja yra pradėti kurti aerodinaminę ir hidrodinaminę terodinamiką, leidžiančią mums numatyti prietaisų mobilumą šiose sudėtingose ​​aplinkose“, - sako Goldmanas.

Laboratorijai pastaruoju metu buvo sėkminga terradynamics, leidyba buvo paskelbta Mokslas tai apibūdina naują požiūrį į prognozę, kaip mažakočiai robotai juda ant smėlio ar kitų tekančių medžiagų. Priartėjimui naudojamos jėgos (tokios kaip tempimas), veikiamos nepriklausomiems roboto kojų elementams, kad būtų galima išmatuoti judančios roboto (ar gyvūno) bendrą jėgą. "Driežas, plaukiantis smėlyje, leidžia mums suprasti visus gyvūnus, plaukiančius tikrais skysčiais", - sako Goldmanas. "Smėlio žuvų analizė pasirodo pakankamai paprasta, kad ją galėtume panaudoti kaip pagrindą suprasti kitus plaukikus."

Kokie konkretūs tyrimai laukia įtemptos „Georgia Tech“ laboratorijos? Artimiausiu metu komanda išbandys ir patobulins teorinius modelius, kurie bus taikomi kojoms ir ratams, įspraustiems į tekančią medžiagą. Jie taip pat vykdys eksperimentus, kad sužinotų daugiau apie drėgną smėlį, palyginti su sausu. Ir trečia, jie apžiūrės fiziką, kai organizmų komandos, tokios kaip ugnies skruzdėlės, juda ir kasa sudėtingoje vietovėje.

Sužinokite daugiau apie CRAB laboratorijos tyrimus

Redaktoriaus pastaba: Mokslininkai, pavaizduoti straipsniuose „Užkulisiai“, palaikė Nacionalinis mokslo fondas, federalinė agentūra, kuriai pavesta finansuoti pagrindinius mokslinius tyrimus ir švietimą visose mokslo ir inžinerijos srityse. Šioje nuomonėje pateiktos nuomonės, išvados ir išvados ar rekomendacijos yra tos pačios autorės nuomonės, jos nebūtinai atspindi Nacionalinio mokslo fondo požiūrį. Žr Už scenų archyvo.


Vaizdo Papildas: .




Tyrimas


Žibintas Veikia Žmogaus Kraują
Žibintas Veikia Žmogaus Kraują

Kvantinis Radaras Gali Paversti Slaptą Technologiją Pasenusia
Kvantinis Radaras Gali Paversti Slaptą Technologiją Pasenusia

Mokslas Naujienos


Prieštaringai Pražysta Per Ankstyviausią Gėlių Fosiliją
Prieštaringai Pražysta Per Ankstyviausią Gėlių Fosiliją

Termitai Iš Tikrųjų Yra Socialiniai Tarakonai
Termitai Iš Tikrųjų Yra Socialiniai Tarakonai

Gyvūnų Seksas: Kaip Tai Daro Tinginiai
Gyvūnų Seksas: Kaip Tai Daro Tinginiai

Žaidimai Mobiliesiems: Kiek Vaikams Yra Per Daug?
Žaidimai Mobiliesiems: Kiek Vaikams Yra Per Daug?

Mopsų Gyvenimas: Kūdikių Veido Šunų Populiarumas
Mopsų Gyvenimas: Kūdikių Veido Šunų Populiarumas


LT.WordsSideKick.com
Visos Teisės Saugomos!
Dauginti Jokių Medžiagų Leidžiama Tik Prostanovkoy Aktyvią Nuorodą Į Svetainę LT.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LT.WordsSideKick.com