文章图片
【小昆虫的圆形体形，可能有助于它们快速通过杂乱的障碍物】
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
科学家将地球动力学推进到三个维度 ， 这些表面具有多样化、复杂的拓扑和力学的三维障碍 ， 例如在有草的森林地面上遇到的、灌木、树木和真菌 。 特别是 ， 小昆虫、蜘蛛和爬行动物在穿越这些地形时面临着相当大的挑战 ， 因为这些对于大型动物来说可能可以忽略不计的障碍物 ， 它们的大小可能与它们自身相当 ， 甚至更大 。 此外 ， 这些障碍物可能密集地布满与动物身体相当甚至更小的缝隙、缝隙和裂缝 ， 它们通常会向后推动物 ， 吸收能量并阻碍运动 ， 类似于飞行和游泳时周围的液体 。
然而 ， 相对于流体 ， 动物与这种三维、多组分地形的相互作用仍然相对未知 ， 众所周知 ， 动物的形状可以发挥在空气和水中运动过程中发挥重要作用几乎所有现代航空和海上交通工具都采用了大型游泳者和飞行者中常见的梭形流线型形状 ， 以减少流体动力阻力同样 ， 对于必须使用身体与三维、多分量地形交互和穿越的动物来说 ， 体型也可能会影响运动 。
然而 ， 尽管有许多生态和功能形态学研究 ， 建立了昆虫、蜥蜴、蛇和鸟类的身体和肢体形状与栖息地使用之间的相关性 ， 很少有定量实验室研究调查了身体形状如何影响复杂地形中的陆地运动行为和生物力学 。 许多昆虫 ， 例如蟑螂和甲虫 ， 体形圆润 ， 棱角分明 。 受观察的启发 ， 圆形颗粒更容易通过孔口和漏斗等受限空间 ， 并且椭圆和椭圆体等薄而圆形的物体更难抓握 ， 小昆虫的圆形体形可能有助于它们通过杂乱的障碍物快速移动 ， 这似乎是合理的 。
相比之下 ， 大多数最先进的轮式机器人、履带式机器人和腿式机器人具有矩形或长方体形状 ， 具有高棱角和低圆度 。 虽然使用高级定位、映射 ， 现有的地面车辆很少 ， 地面机器人利用有效的体型来增强在杂乱地形中的可穿越性 。 类似于减少流体动态阻力的流线型形状 ， 研究人员假设圆形物体是地球动力学的“流线型” ， 并且可以通过与杂乱障碍物的有效机械相互作用促进小动物在三维、多分量地形中的穿越 。
为了验证研究人员的假设 ， 研究人员研究了盘状蟑螂通过杂乱的、草状的、间距窄的梁障碍物的运动 。 生活在热带雨林的地面上 ， 这种动物经常遇到并通过各种各样的杂乱障碍物 。 此外 ， 蟑螂是一个很好的模型生物 ， 因为它们在更简单的近二维表面上快速运动期间的力学和动力学及其在简单障碍物的三维地形上的慢速准静态运动期间的运动学和感觉神经控制是众所周知的 。
此外 ， 与利用分布式神经反馈的慢速运动相反 ， 蟑螂的快速运动主要取决于通过动能、形态学、运动学 和材料特性的协同作用进行分布式机械反馈以抵抗扰动 。 尽管各种研究调查了昆虫和爬行动物等小动物通过简单的障碍物 ， 例如一两个台阶、间隙、沟渠、斜坡或不平坦的表面 ， 参数化和建模极其多样化和复杂的三维模型仍然是一个重大挑战 ， 在自然界中发现的多组分障碍物 ， 以便可以在实验室中进行受控实验 。
通过创建受控地面试验台进行地形参数化已被证明是一种强大的方法 ， 并促进了最近创建第一个地形动力学模型 ， 该模型准确快速地预测各种形态的腿运动和各种颗粒介质上的运动学 。 因此 ， 研究人员进行下一步的泛化通过参数化三维、多分量障碍物来推进地形动力学 。 研究人员创建了一个实验室设备 ， 能够对兼容的垂直光束参数进行精确控制和系统变化 。
推荐阅读
- 昆虫变革食物链，10家值得关注的昆虫公司
- 血液为食的昆虫臭虫
- 盘点植物界中那些毒性比较强的植物，金皮树就是其中之一
- 若200公斤的螳螂，和200公斤的老虎打一场，哪方会更厉害呢？
- 小行星撞击地球，恐龙灭绝了，蟑螂为何没有灭绝？
- Mike Libby 和他精巧的机械昆虫们
- 数量增加一倍！海洋中发现5000多种未知病毒，它们真的没有天敌?
- 植物的传粉者蜜蜂
- 先有鸡还是先蛋？中科院给出答案，蛋在6.1亿年前就出现了