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机器蛇破解爬行动物驰骋沙丘的奥秘
2018-11-20  

  爬上一座沙丘可不是件易事,即使对于最聪明的人类来说亦是如此——然而有些蛇却是这方面的好手。目前,一项关于响尾蛇及其仿生机器人的研究发现了这类爬行动物蕴藏在蜿蜒滑行中的惊人奥秘。
  科学家表示,这一发现可能有助于机器人更好的在城市搜救行动中通过碎石地,以及探寻考古遗迹或者其他难以到达的地方。
  机器蛇破解爬行动物驰骋沙丘的奥秘
  这项最新研究针对的是生长在沙漠地带的角响尾蛇(英文名Crotalus cerastes),它广泛分布于美国西南部和墨西哥西北部的沙质地带。它起伏式的身体运动并不向前——即面朝方向——而是采用一种称作“侧弯”的方式向侧面蜿蜒移动。
  “看着它们以如此美丽的舞姿滑行于沙地,真算得上最华丽、最不可思议的移动方式了,”该研究的资深作者Daniel Goldman说道,他是来自亚特兰大市佐治亚理工学院的一名生物学家。“而且一点都不打滑。”
  科学家们曾思考,是否这种蜿蜒侧向移动就是蛇类爬行沙丘的奥秘所在?
  运用高速摄像机拍摄这类蛇的实况并定制爬行动物机器人,这个研究团队发现蜿蜒侧向移动结合上下与前后的起伏动作可以将大部分身体接触沙地并阻止打滑。
  “蛇是怎么想出这么好的爬行方式,真是太酷了,我们怎么想不到,”Goldman说,他的论文10月9日发表在《科学》杂志上。
  沙丘上的蛇
  Goldman的博士学位论文就是研究类似沙地这样的颗粒表面及其在受压情况下的表现,例如来自人类的脚或者蛇滑行的身体。
  静止在地面上的一堆沙当然是固体。但一旦踩上去或者按压它,沙子表现出的形态就像液体一样,流动并坍塌。(任何走过沙滩或者试图爬上沙丘的人都能充分的了解这个现象。)
  为了看清沙子是如何响应蛇的行动,Goldman和同事们在佐治亚州亚特兰大动物园内为角响尾蛇设置了一条试验道路。就像每个攀爬陡峭沙丘的蛇一样,它不停的变换着身体动作,或是抬起大部分身体或是让大部分身体接触沙面。这样可以在部分爬行过程中减少对沙地的压强,降低了打滑的可能。
  然而这一技艺并不普遍。试验还扩展到其他并不生活在沙漠环境中的13种相关蝮蛇中,结果只有角响尾蛇能毫无打滑的爬行。
  机器蛇
  为了测试不同的沙丘上不同起伏组合对爬行能力的影响,Goldman还请求卡耐基梅隆大学的Howard Choset提供先前开发出的蛇形机器人。
  开始时,这只机器蛇还无法爬上沙丘。但依据角响尾蛇的信息加以编程后,团队打造出一架全新的蛇形机器人,几乎能穿行于任何一座沙丘。
  “这是我好长时间以来看到的最酷的研究之一,”来自布莱克斯堡市弗吉尼亚理工学院的生物力学家Jake Socha说道,他并未参与到这项研究中。
  “这对于开发能有效搜寻管道或者排水沟的蛇形机器人来说,实在是太重大的帮助了。”

 

 

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