蟑螂调整身体和附肢以穿越杂乱的大障碍
摘要：动物在复杂的自然地形中行进时，通常会在运动模式之间过渡。众所周知，运动转换可以通过切换神经控制电路或是通过减少代谢能耗的需要来诱导。最近的研究发现，在充满大型障碍物的复杂三维地形中，运动转换也可以通过神经系统控制的与环境的物理相互作用来产生。为了穿越布满障碍物的硬草状梁，圆盘蟑螂经常从使用费力的俯仰模式过渡到使用较为省力的滚动模式来穿越间隙，其中必须克服一定的势能壁垒。尽管先前的机器人物理模型证明了由于腿部推动引起的身体振荡所产生的动能波动可以帮助克服壁垒并促进这一转变，但是即使在壁垒仍然超过动能波动的情况下，也观察到了动物的转换。在这里，我们进一步研究了蟑螂是否以及如何主动调整以促进这种运动转换来穿越布满障碍物的梁。我们观察到，在俯仰到滚动过渡时，动物屈曲头部和腹部，减少后腿的摊开，同时在两只后腿上使用不同的方式，而这些调整在平坦地面上奔跑时不存在。通过使用具有额外自由度的细化势能地景模型来对这些调整进行建模，我们发现头部的屈曲并没有显著减少转换壁垒，而后腿的摊开却显著减少了壁垒。我们讨论了观察到的调整的可能功能，并提出了未来的研究方向。
作者：Yaqing Wang, Ratan Othayoth, and Chen Li
论文ID：2112.10615
分类：Biological Physics
分类简称：physics.bio-ph
提交时间：2022-05-27