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蛇帮助工程师设计搜索和救援机器人德州

德州
2022年11月02日

蛇帮助工程师设计搜索和救援机器人

蛇生活在各种各样的环境中，从难以忍受的沙漠到郁郁葱葱的热带森林，它们每天都在这里砍伐树木，岩石和灌木丛。通过研究这些蛇的运动方式，约翰·霍普金斯大学的工程师们创造了一种能够灵活，稳定地爬大台阶的蛇机器人。

该小组的新发现发表在《实验生物学杂志》和《皇家学会开放科学》上，推动了搜索和救援机器人的创建，这些机器人可以成功地在险恶的地形上航行

“我们希望这些令人毛骨悚然的生物从中获得灵感，因为它们已经非常擅长稳定地解决日常生活中的障碍。希望我们的机器人能够像蛇一样学会如何在表面上跳跃和编织，” Chen Li说。，约翰·霍普金斯大学机械工程学助理教授，论文的资深作者。

李说，以前的研究主要观察到蛇在平坦表面上的运动，但是除了树木以外，很少在3D地形中运动，并且没有考虑到现实生活中的大型障碍物，例如瓦砾和碎屑，搜救机器人必须这样做。翻越。

李的团队首先研究了可变蛇王，这条蛇通常在沙漠和松橡树林中生活，是如何在李的Terradynamics实验室中爬上台阶的。Li的实验室将机器人技术，生物学和物理学领域融合在一起，研究动物运动的技巧和窍门，以构建更多用途的机器人。

李说：“这些蛇必须经常穿越巨石和倒下的树木；它们是运动的大师，我们可以从中学到很多。”

李和他的团队进行了一系列实验，改变了台阶的高度和台阶的表面摩擦力，以观察蛇对这些障碍的扭曲方式。

蛇机器人有朝一日可能会帮助我们探索地震后无法进入的地形，例如建筑废墟。但是，机器人能与生物蛇的惊人运动相匹敌吗？约翰·霍普金斯大学的研究人员已经接近实现这一目标，已经开发出了一种蛇形机器人，该机器人可以比以前的设计更好地穿越大型障碍物。

他们发现蛇将身体分成三个部分：前后身体像波浪一样在水平台阶上来回摆动，而中间身体部分则保持僵硬，就这样徘徊，以架起大台阶。他们注意到，蠕动部分提供了稳定性，可以防止蛇翻倒。

随着蛇越来越靠近台阶，三个身体部分沿着每个身体部分向下移动。随着越来越多的蛇到达台阶，其前身部分将变长，而后身部分将变短，而中身部分则保持大致相同的长度，并垂直悬挂在两步之上。

如果台阶变得更高且更滑，则蛇将移动得更慢，并且前后晃动的次数更少，以保持稳定性。

在分析了他们的视频并注意到蛇如何在实验室中爬上台阶之后，李奇实验室的一名研究生傅启远创建了一个模仿动物运动的机器人。

起初，机器蛇难以在大踏板上保持稳定，并且经常会摆动，翻转或卡在踏板上。为了解决这些问题，研究人员将悬架系统插入每个车身部分，以便在需要时可以压在表面上。此后，蛇形机器人的晃动度降低了，变得更加稳定，爬上了高达其身体长度38％的台阶，成功率接近100％。

与其他研究中的蛇形机器人相比，李的蛇形机器人比除一个以外的所有蛇形机器人都更快，更稳定，甚至接近于模仿蛇的实际速度。然而，增加的车身悬架系统的缺点之一是机器人消耗了更多的电力。

李补充说：“这种动物仍然优越得多，但是这些结果对于可以穿越大障碍的机器人领域是有希望的。”

接下来，团队将测试和改进蛇形机器人，使其具有更复杂的3-D地形以及更多非结构化的大型障碍物。