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          2014年10月9日

          蛇和蛇形机器人展示响尾蛇如何征服沙山坡

          联系: 拜伦香料/ 412-268-9068 / bspice@cs.cmu.edu




          响尾蛇蛇迅速爬上山坡沙地位于匹兹堡的惊人的能力,曾经一些生物学家只能隐约的理解和机器人专家梦寐以求复制。在斜沙独特的床铺研究蛇和使用蛇形机器人测试通过观察动物的真实想法产生了,都是生物学家和机器人专家,现在已经获得了长期寻求的见解。

          在发表在科学杂志的10月10日发表的一项研究,从乔治亚技术研究所,卡内基 - 梅隆大学,俄勒冈州立大学和亚特兰大动物园的研究人员报告说响尾蛇提高他们通过简单地增加量横穿沙质斜坡能力的身体部位与他们攀颗粒表面接触。

          作为研究的一部分,所用的响尾蛇优雅地爬上沙丘的原理使用卡内基梅隆开发模块化蛇形机器人进行了测试。这项研究前,蛇形机器人可以使用sidewinding运动的一个组成部分跨级别地移动,但无法爬上倾斜沙跟踪真正的蛇可以很容易地提升了道路。在现实世界中的应用 - 在红海的洞穴考古的使命 - 沙滩倾斜是对机器人特别具有挑战性。

          Snake and Sand然而,当机器人与在响尾蛇发现了独特的波浪运动程序,它能够爬上以前都是无法实现的山坡上。这项研究是由美国国家科学基金会,陆军研究办公室和陆军研究实验室资助。

          “我们最初的想法是使用机器人作为一个物理模型学习蛇经历了什么,”丹尼尔·戈德曼,在物理佐治亚理工学院的校副教授说。 “通过同时研究动物和物理模型,我们了解到,使我们不仅了解动物,但也提高了机器人的重要基本原则。”

          详细的研究表明,水平和垂直运动必须理解,然后在蛇形机器人复制为它是在倾斜砂是有用的。

          SnakeBot and Sand“想运动通过一个旋转胎面,类似于罐的包封的椭圆柱”之称 霍伊·乔塞特卡内基梅隆机器人技术教授。 “作为胎面围绕所述圆筒循环,它不断将自身向下运动和拾取本身向上的背部的方向上的前方。蛇升降机一些主体段,而其他保持在地面上,并且随着坡度的增大,气缸的横截面变平“。

          亚特兰大动物园,研究人员,他们来自亚利桑那州的沙漠,其中蛇类居住含沙大围墙移动观察几个响尾蛇。所述外壳可以提出在沙来创建不同的角度,并且空气可以吹入该腔室从下方,各蛇进行了研究后平滑的沙子。利用高速摄像机这有助于研究人员了解了动物移动他们身体的蛇的运动被记录下来。

          “我们意识到,响尾蛇蛇使用模板爬在沙滩上,两个正交波,他们可以独立控制,说:”哈米德Marvi酒店,卡内基·梅隆的博士后研究员谁进行的实验,而他是在大卫实验室的研究生胡锦涛在机械工程的佐治亚理工学院的学校的副教授。 “我们使用了蛇形机器人系统学习在sidewinding故障模式。我们了解到存在三个不同的故障机制,我们可以通过仔细调节两个波的纵横比,因此与控制体的区域中接触避免砂。”

          截肢的动物,如蛇可通过宽范围的表面容易移动,使得它们对于机器人设计者具有吸引力。

          “蛇是最多才多艺的所有陆地动物之一,我们想捕捉他们可以做什么,”罗斯哈顿,机械工程在俄勒冈州的助理教授谁研究蛇的运动,以及如何的数学复杂说,他们可能适用于机器人。 “沙漠响尾蛇果然不同凡响,也许我们曾经是蛇观察到的最快和最有效的自然运动。”

          很多人不喜欢蛇,但在这项研究中,有毒动物很容易学习科目谁提供的知识也许有一天人类造福,注意乔门德尔松,亚特兰大动物园的研究总监。

          “如果一个机器人卡在沙子里,这是一个问题,尤其是如果沙恰好是在另一个星球上,”他说。 “响尾蛇永远陷在沙中,所以他们在帮助我们创造的机器人,能够避免被陷在沙里。这些毒蛇都提供一些人性化。”

          在此研究中使用的模块化蛇形机器人是专门通过其主体通过水平和垂直波在三维空间中移动。机器人处于直径2英寸和37英寸长;其主体由16个关节,布置成垂直于前一个每个关节的。允许它承担了多项配置和使用各种步态的移动 - 一些类似于生物蛇。

          “这种类型的机器人的经常被描述为生物启发,但往往灵感不延伸超过所述生物系统的随机观测,” choset说。 “在这项研究中,我们得到了生物学和机器人学,物理学介导的,在以前没有见过的方式一起工作。”

          choset的机器人看上去非常适合在机器人需要通过倒塌的建筑物废墟中,以使他们的方式的城市搜索和救援行动,以及考古勘探。能够轻易地通过管道移动,机器人也已经过测试,以评估其潜在的由内而外的检查核电站。

          对于高盛的团队,工作建立在早期的研究学习小海龟,螃蟹,蜥蜴雷鱼和其他动物如何运动有关的复杂的表面,如沙子,树叶和松散物质。团队测试它从机器人动物学会,经常获得额外的见解成动物是如何移动。

          “我们感兴趣的是动物对不同类型的粒状和复杂表面的移动方式,”高盛称。 “移动上流动砂等的材料可以是在广义上有用的想法。这是生物学和机器人之间的协作的最好的例子之一。”

          除了已经提到的,共同作者包括来自卡内基梅隆朝辉锣和马修·特拉弗斯;和尼克gravish和佐治亚理工学院亨利·阿斯特利。

          这项研究是由美国国家科学基金会在颁奖CMMI-1000389,PHY-0848894,PHY-1205878和PHY-1150760的支持;由下拨款W911NF-11-1-0514和w911nf1310092陆军研究办公室;并通过在授予陆军研究实验室桅杆CTA W911NF-08-2-0004;并通过在乔治亚理工大学的伊丽莎白smithgall瓦养老。表达的观点是那些作者的,并不一定代表主办机构的官方观点。

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          在上面的照片,响尾蛇蛇被示出在动物园亚特兰大的砂填充的行迹。研究人员研究了蛇,了解他们使用爬上斜坡沙独特的运动。 (来源:抢感觉)

          作为研究的一部分,所用的响尾蛇优雅地爬上沙丘的原理使用卡内基梅隆(上图)开发了一种模块化的蛇形机器人进行了测试。 (来源:抢感觉)

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