Новый робот-кузнечик может плавать и прыгать

Кузнечик (O. chinensis) спрыгивает с поверхности воды на скорости молнии (изображение из высокоскоростной видео последовательности).Кредит: Станислав Горб, Университет Киля

В статье, только что опубликованном в «Слушаниях Национальной академии наук», Горб исследовал китайский рисовый кузнечик oxya chinensis в сотрудничестве с исследователями из Китая.«Их способность плавать и выпрыгивать из воды дает важное вдохновение для передовой робототехники», - объяснил глава рабочей группы функциональной морфологии и биомеханики.

Чрезвычайно быстрая локомоция кузнечика на поверхности воды, особенно то, как она прыгает в воде, до сих пор в значительной степени не было изучено.«Наша работа не только выявила комбинированные механизмы, которые ответственны за облегчение акробатики воды у этого вида, но и заложили основы для развития роботов, которые могут двигаться по разнообразии», - сказал Горб.

Акробатика воды через комбинацию статических и динамических сил

Китайский рисовый кузнечик широко распространен в районе выращивания риса в Китае, особенно вдоль реки Янцзы, и особенно искусен в акробатике для земли для земли.Если они попадают в воду, они могут легко выйти снова и улететь.

Как именно они это делают, было подробно изучено в лаборатории.Для эксперимента 15 кузнечиков (O. chinensis) с длиной тела (исключая ноги) от 2,2 до 3,4 сантиметра, а вес от 0,4 до 1,0 грамма были брошены в стеклянный резервуар, полный воды.Они либо оставались полностью неактивными на поверхности воды, пассивно дрейфовали с потоком, активно плавали, либо сразу же выпрыгнули.

«Мы снимали кузнечиков, когда они плавали в резервуаре для воды или выпрыгнули из него, используя две высокоскоростные камеры»,-сказал Горб.В общей сложности 48 попыток прыгнуть и 54 попытки плавать животными были включены в дальнейший анализ.Исследователи сравнивали локомоцию прыжков и плавания, а затем проанализировали механизмы, используемые кузнечиками для создания сил, которые облегчают их акробатику для воды.

Измерения силы и модельный анализ показали, что поддержка веса тела с помощью гидростатического давления может быть достигнута пропорционально массе кузнечиков, в то время как движения происходят из контролируемых взаимодействий между конечностями и водой (то есть гидродинамикой).

Новая стратегия диска для робототехники

Предыдущие исследования были сосредоточены в основном на двух типах локомоции на поверхности воды: локомоция, которая в основном поддерживается поверхностным натяжением, используется, например, водными стризонами, и локомоция, в которой преобладает особая динамика конечностей.Это используется, например, у ящериц базилиска для бега на воде.Ни одна стратегия не идеальна для технических приложений Bioinspired.

«Локомоция, в которой преобладает поверхностное натяжение в воде, зависит от супергидрофобных (не смачиваемых) поверхностей, которых нелегко достичь для крупных роботов. И водное локомоция, в котором преобладает динамика конечностей, основана на частых ударах поверхности, обеихживотными, а также роботами, которые используют слишком много энергии », сообщил Горб.

Способность китайского рисового кузнечика выпрыгнуть из воды основана на другом принципе привода, который был показан сейчас впервые.«Кузнечик продемонстрировал комбинацию двух разных механизмов, чтобы облегчить их акробатику их водных акробатиков, поддерживая их вес через статические гидроциклеты и продвигая их тела вперед через гидродинамику».

После изучения структурных и поведенческих стратегий кузнечиков Горб и его команда построили своего первого робота.Как и насекомые, прототип может плавать и прыгать на поверхности воды, перемещая его конечности на различных скоростях.

Больше информации: Yi Song et al. Многочисленные силы облегчают водную акробатику кузнечика и робота с биоиндуацией, Trootings Национальной академии наук (2024).Doi: 10.1073/pnas.2313305121