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新模式探讨了猎豹的高速运动,让我们更接近腿部机器人

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猎豹是最快的土地哺乳动物,但我们仍然不知道为什么。我们深入了解如何以最快的速度使用“疾驰”步态,并且他们有两种不同类型的“飞行”。第一个涉及他们身体下的前肢和后肢,被称为“聚集的飞行”,而另一个涉及他们的前肢和后肢伸展并被称为“延长飞行”。

扩展航班负责使猎豹能够达到高速,但完全恰好取决于地力和特定条件。猎豹还展示了在飞行期间显着的脊柱运动,因为它们在聚集和扩展模式下弯曲和拉伸之间交替,并且这允许高速运动。尽管所有这些知识,但我们仍然不了解对这些能力负责的动态。

在动物中运行阶段

日本名古屋科学研究所的Tomoya Kamimura博士专门从事智能力学和机器人。 

“所有动物运行构成飞行阶段和立场相,具有各阶段的不同动态,”康米拉博士解释道。

飞行阶段涉及所有脚在空中和整个身体的质量展示弹道运动。在姿势阶段,地面反作用力通过脚被主体吸收。

“由于这种复杂和混合动态的动态,观察到目前为止,只有在揭开动物的行驶动态的机制上,”Kamimura博士仍在继续。

计算机建模带来了洞察力

为了更好地了解跑步期间动物步态和脊柱运动的动态视角,研究人员依赖于简单模型的计算机建模,这一直非常成功。 

据说,尚未有许多研究探索疾驰期间发生的飞行和脊柱运动的类型,因此研究团队进行了一项研究 科学报告, 依靠简单的模型模拟垂直和脊柱运动。

该团队的研究涉及一个二维模型,包括两个刚体和两个无麻子条,它代表了猎豹的腿。身体通过接头连接,该接头复制脊柱的弯曲运动和扭转弹簧。该团队还将相同的动态角色分配给前腿和后腿。 

该团队解决了管理模型的简化动作方程,这导致了六种可能的周期性解决方案,其中两个类似于两种不同的飞行类型,如猎豹疾驰,而四个只有一个飞行类型,与猎豹相比只有一个飞行类型。这些基于与溶液提供的地面反应力有关的标准。 

然后通过测量的猎豹数据进行验证标准,团队发现,通过脊柱弯曲,该团队在真实世界中疾驰的疾驰疾驰满足两种飞行类型的标准。

所有这些都导致研究人员对猎豹速度进行了新的洞察力。周期性解决方案还透露,由于限制脊柱运动,马疾驰涉及聚集的飞行,这意味着猎豹所实现的极高速度是额外的延长飞行和脊柱弯曲的结果。 

“虽然动物物种之间的飞行类型的这种差异的机制仍然尚不清楚,但我们的调查结果延长了对猎豹中高速运动底层的动态机制的理解。此外,它们可以应用于未来腿机器人的机械和控制设计,” Dr. Kamimura says.