多腿运动器中的摩擦游泳：通过滑移实现自推进
摘要：地面运动被认为是一种复杂的力学问题，通常在流体介质中或摩擦为主的固体基底上进行研究。现有的研究认为，对于流体介质中的运动，集中协调能够促进适当的滑动，从而推动运动。而在固体基底上的运动中，通常假设滑动最小化，因此通过分散的控制避免滑动。我们在实验室实验中发现，一个以米尺度的多节/多足机器人模型为基础的陆地运动类似于蠕动式游泳。通过改变足步波动和身体弯曲的实验，我们揭示了这些参数如何在看似无效的各向同性摩擦接触情况下导致有效的陆地运动。在这个宏观尺度范围内，消耗效应主导惯性效应，从而产生类似于微观尺度游泳的几何运动。理论分析表明，高维多节/多足动力学可以简化为一个低维集中模型，该模型展示了一种有效的阻力力理论和获得的粘性阻力各向异性。我们将低维几何分析扩展到了非平坦且具有障碍物的地形中，以说明身体的蠕动如何帮助这种情况下的运动，并定量地模拟了生物体-蜈蚣(S. polymorpha)在较高速度(~0.5倍身体长度/秒)下移动时身体蠕动对运动性能的影响。我们的研究结果可能有助于在复杂的地面动力学场景中控制多足机器人。
作者：Baxi Chong and Juntao He and Shengkai Li and Eva Erickson and Kelimar Diaz and Tianyu Wang and Daniel Soto and Daniel I. Goldman
论文ID：2207.10604
分类：Biological Physics
分类简称：physics.bio-ph
提交时间：2023-03-29