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模仿鸟类的机器人


      想象一只鸽子栖息在电话线上。准备起飞时,它会扬起翅膀,往空中一跃,拍打着翅膀飞走。这一系列动作是如此司空见惯,以至于你可能不会关注其中的细节。但是,英国曼彻斯特大学的生物力学专家本·帕斯洛(Ben Parslew)对此很感兴趣。他正试图设计能像鸟一样跳跃的机器人
 
  大多数传统的机器人都是靠轮子驱动,这限制了机动性。现在需要一种更灵活的机器人,“能够在杂乱的环境中跳过障碍物或碎片,”帕斯洛说。为了设计这样一台机器人,他从大自然中寻找灵感:“鸟类其实很擅长跳跃。”
 

图片来源:pixabay
 
  问题在于,当鸟类准备起飞时,它们的身体会向前倾斜,根据物理规律,它们会栽倒在地上,喙先着地。然而这并没有发生。帕斯洛和他的团队利用计算机建模,从而模拟鸟类是如何避免这种跌倒的。他们发现,当鸟类在蓄力起跳时,它们的身体会稍微向后旋转,同时它们强有力的腿和脚趾关节也可以防止它们在起跳后立即坠落到地面上。研究结果发表在《英国皇家学会开放科学》(Royal Society Open Science)上。
 
  帕斯洛认为,工程师们可以利用这些信息设计出不仅能够跳跃而且还能更有效地发射升空的机器人。大多数人工设计的飞行器起飞需要长跑道(比如飞机),或者平坦稳定的地面(比如直升机或无人机)。不管怎样,它们都需要一段时间来克服重力才能升空。
 

 
  任职于南加利福尼亚大学的生物力学专家迈克尔·哈比卜(Michael Habib,未参与这项研究)说,弹簧和制动杆的加速效率高于轮子和轴,许多动物都能熟练运用这项天赋。“一只家猫在30米内的冲刺速度能超过兰博基尼暗黑破坏神(Lamborghini Diablo),”他说。正是由于汽车是转轴加速,而猫是弹射加速。鸟类的起飞弹跳也是基于同样的原理。
 
  “如果理解了其中的原理,”哈比卜补充道,“你就能制造出一个善于奔跑、飞行,并能在各种条件下立即起飞的机器人,它还能降落在一角硬币大小的表面上。”帕斯洛现在正在设计这样一种机器人,从而代替轮式漫游者,更好地探索其他行星。
 
  撰文:贾森·G·戈德曼(Jason G. Goldman)
 
  翻译:郝豪

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