仿果蝇幼虫软体机器人实现自主翻滚

内容摘要本报讯(记者刁雯蕙)哈尔滨工业大学(深圳)教授仲政、梁旭东团队在仿果蝇幼虫的软体翻滚机器人运动机理研究中取得新进展。研究人员通过对果蝇幼虫翻滚运动时的肌肉活性进行成像观察与力学建模,揭示了动物通过内部肌肉依次轴向收缩舒张,即可产生翻滚力矩的

联系电话:400-962-3929

本报讯(记者刁雯蕙)哈尔滨工业大学(深圳)教授仲政、梁旭东团队在仿果蝇幼虫的软体翻滚机器人运动机理研究中取得新进展。研究人员通过对果蝇幼虫翻滚运动时的肌肉活性进行成像观察与力学建模,揭示了动物通过内部肌肉依次轴向收缩舒张,即可产生翻滚力矩的原理,并将该原理应用于软体机器人,使其实现自主翻滚,开辟了新型滚动机构设计之路。相关研究成果近日发表于《物理评论快报》。

轮子的核心在于将平动转化为滚动的力矩。传统观点认为,滚动必须依赖外力或肢体与环境的反作用力,例如甲虫翻身时的蹬地动作。然而,一些动物却展现了截然不同的智慧,它们通过改变身体内部结构实现自主滚动,例如果蝇幼虫在遇到危险时,能将身体弯曲成C形来持续滚动逃离,这种“内力驱动”的机制尚未被完全揭示。

研究团队通过对果蝇幼虫翻滚运动时的肌肉活性进行高时空分辨成像,首次探索了内部肌肉如何产生环向力矩,从而驱动翻滚运动的机理。研究人员发现,果蝇幼虫在翻滚过程中,身体表面肌肉群沿着身体长轴方向,依次进行收缩-舒张运动。当某一侧肌肉收缩时,身体弯曲成C形;随后相邻肌肉接力收缩,推动弯曲方向动态变化,从而产生持续的滚动力矩。这种机制类似于“波浪式传递”,能够在体内产生环向驱动力矩。

基于此,研究团队构建了一套多尺度力学模型,将肌肉动力学、流体静力骨骼变形与接触摩擦纳入统一框架。模型显示,幼虫体内的流体内压维持了体壁刚度,使肌肉收缩能量高效转化为形变。轴向肌肉按序激活时,体壁非对称应力分布形成滚动力矩。该模型证实了这种顺序伸缩在无外力作用下即可产生环向力矩,成功预测了幼虫在平面、倒置表面甚至空中的滚动行为。

受上述生物和力学模型启发,团队设计并制造了一款仅由模拟轴向肌肉组织构成的软体机器人,并通过实时控制这些“肌肉”依次缩放形变,成功演示了机器人自主翻滚运动。这不仅验证了力学模型的准确性,也展示了基于内部结构变形驱动的全新滚动机构的工程可行性。

相关论文信息:

10.1103/PhysRevLett.134.198401

 
举报 收藏 打赏 评论 0
今日推荐
浙ICP备19001410号-1

免责声明

本网站(以下简称“本站”)提供的内容来源于互联网收集或转载,仅供用户参考,不代表本站立场。本站不对内容的准确性、真实性或合法性承担责任。我们致力于保护知识产权,尊重所有合法权益,但由于互联网内容的开放性,本站无法核实所有资料,请用户自行判断其可靠性。

如您认为本站内容侵犯您的合法权益,请通过电子邮件与我们联系:675867094@qq.com。请提供相关证明材料,以便核实处理。收到投诉后,我们将尽快审查并在必要时采取适当措施(包括但不限于删除侵权内容)。本站内容均为互联网整理汇编,观点仅供参考,本站不承担任何责任。请谨慎决策,如发现涉嫌侵权或违法内容,请及时联系我们,核实后本站将立即处理。感谢您的理解与配合。

合作联系方式

如有合作或其他相关事宜,欢迎通过以下方式与我们联系: