Робот змея узнает секреты зигзагообразных движений змей

14.10.2014 22:58

435

Робот змея дал возможность американских исследователям описать впервые точно, как гремучие змеи с помощью «зигзагообразных движений» взбираются по песчаным дюнам.

Наблюдая змей на искусственных дюнах, они обнаружили, что на крутых склонах животные сглаживают себя, чтобы увеличить свой контакт с песком.

Они тогда проверили новую способность проникновения в суть с помощью робота змеи и вычислили лучшую стратегию змей — и роботов — чтобы преодолеть песчаные наклоны без скольжения.

Нестабильные, гранулированные поверхности, такие как песчаные дюны, представляют особую проблему для животных и роботов, пытающихся пересечь их.

Стратегия песка

«Мы первоначально выдвигали гипотезу, что способ, которым могли подниматься змеи, будет заключаться в зарывании своих тел более глубоко в песок, точно так же, как мы сделали бы на песчаном наклоне», — сказал старший автор работы доктор Даниэль Гольдман, который управляет лабораторией биомеханики в Технологическом институте штата Джорджия.

Это было не то, что он и его команда обнаружили, однако, когда они нарисовали отражающие маркеры на шести ядовитых гремучих змеях и положили их на наклонный слой песка, только что из пустыни Аризоны, чтобы они вели себя как дома — «Одним из первых позитивных сюрпризов этих животных в качестве субъектов исследование — они, как правило, двигались как «боковой ветер» по команде», — сказал д-р Гольдман.

Следующее удивление, захваченное несколькими высокоскоростными видеокамерами, состояло в том, что вместо того, чтобы закопаться для дополнительного приспособления, змеи сглаживали себя более гладко против песка, каждый раз, когда исследователи наклоняли «дюну» более круто.

Кроме того, эти зигзагообразные движения способность только гремучих змей с названием вида Crotalus гадюка рогатая — которые использовали эту стратегию. Тринадцать похожих видов гадюк, сталкивающейся с той же самой проблемой, попробовали другие извивающиеся методы и не добрались до цели, за исключением одной — пестрой гремучей змеи, которая медленно двигалась по пути очень не большей наклонной поверхности, используя движение с помощью гармошки.

Благодаря зигзагообразным движениям, как сказал доктор Гольдман, «змеи смогли в основном подняться на любую дюну, которую мы готовили для них».

Чтобы проверить их результаты подробно, команда доктора Гольдмана из физиков и биологов связывалась с инженерами-робототехниками в университете Карнеги-Меллон в Питсбурге.

Там, профессор Хоуи Чозет и его лаборатория работали над зигзагообразными роботами в течение нескольких лет. Их проекты нацелены на различные цели, от поисково-спасательных до хирургии.

Но робот змея профессора Чозета имела те же проблемы, что и у некоторых змей, которые не имели ловкость преодоления песчаных подъемов.

Особый робот змея, которого назвали «Элизабет», потерпел неудачу в этой миссии в Египте, уменьшаясь и падая на наклонах в месте раскопок.

Таким образом, инженеры принесли Элизабет к искусственной дюне, что команда доктора Гольдман построила «в сарае в задней части Зоопарка Атланты», чтобы видеть, что они могли бы изучить.

Настройки параметров робота змеи также позволяли вести сотрудничество и выяснить другие секреты успеха зигзагообразного движения.

В частности их движение сводится к удивительно простой комбинации горизонтальной и вертикальной волне: лево-право скользит, наряду с изменчивым движением, однако во время перемещения низ тела змеи слегка не совпадает.

«Если Вы поэтапно осуществляете те волны только право, Вы получаете зигзагообразные движения», — объяснил доктор Гольдман.

Выравнивание или увеличение вертикальной волны позволили Элизабет получать только правильное количество контакта с песком. Слишком много, и робот уменьшился бы; слишком мало, и он подвержен риску опрокинутся.

Причина, на которую все эти регуляторы помогают змеям и роботам подняться, состоит в том, что они сохраняют песок более устойчивым под ними.

«Что мы заметили, что это было, когда взбирание змеи эффективно… материал позади нее был в хорошем твердом состоянии. И когда мы применяли изменения робота, мы нашли подобную особенность взаимодействия, такого, что в материальных вещах ‘просто нет» , — сказал доктор Гольдман.

Эндрю Грэм — технический директор в Бристольской компании Робототехники OC, который специализируется на подобных змее роботах. Он сказал, что, хотя команды Карнеги Меллона были уже известны их проектами зигзагообразными змеями, новое исследование показало «довольно полную кратинц эффективности процесса».

«Они смотрели на целую проблему вплотную, и продемонстрировали применение того, что они наблюдали в природе в автоматизированной модели», — сказал г-н Грэм.

Он добавил, что способность проникновения в суть от змей поможет сделать роботы профессору Чозету «более эффективными и более применимыми к различной окружающей среде».