Новый робот плавает и прыгает, как саранча

Ученые из Института зоологии Кильского университета исследовали китайскую саранчу Oxya chinensis. Они вдохновились уникальной способностью насекомых плавать и выпрыгивать из воды и создали робота на их основе, сообщает TechXplore. 

Oxya chinensis широко распространены в рисоводческих регионах Китая, особенно вдоль реки Янцзы. Этот вид особенно хорош в водной акробатике среди наземных животных. Если они упадут в воду, то легко смогут выбраться и улететь.

O. chinensis молниеносно прыгает с поверхности воды.
O. chinensis молниеносно прыгает с поверхности воды.Источник: Stanislav Gorb, Kiel University

Ученые изучили в лаборатории, как насекомые это делают. Для эксперимента 15 саранчей длиной тела (без учета ног) от 2,2 до 3,4 см и массой от 0,4 до 1 г были брошены в стеклянный резервуар, наполненный водой. Они либо бездействовали на поверхности воды и пассивно дрейфовали по течению, либо активно плавали, либо сразу выпрыгивали.

Исследователи снимали насекомых с помощью двух высокоскоростных камер. Всего в анализ были включены 48 попыток прыжка и 54 попытки плавать. Ученые сравнили прыжки и плавание, а затем проанализировали механизмы, используемые саранчой для создания сил, которые облегчают перемещение по воде.

Измерения сил показали, что вес тела поддерживается за счет гидростатического давления пропорционально массе кузнечиков. В то же время двигательные импульсы возникают благодаря управляемому взаимодействию между конечностями и водой. 

Робот, созданный учеными.
Робот, созданный учеными. Источник: Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024

Предыдущие исследования изучали два вида передвижения по поверхности воды: основанный на поверхностном натяжении (как у водомерок) и основанный на особой динамике конечностей (как у ящериц-василисков). Однако ни одна из этих стратегий не идеальна для технических приложений, вдохновленных биологией. 

При передвижении, основанном на поверхностном натяжении в воде, требуются супергидрофобные поверхности. Это сложно реализовать для больших роботов. А передвижение с помощью динамики конечностей предполагает частые удары по поверхности. Однако такой подход требует большого количества энергии, что тоже непрактично для роботов.

Способность Oxya chinensis выпрыгивать из воды основана на другом принципе движения, обнаруженном сейчас впервые. Кузнечик продемонстрировал комбинацию двух разных механизмов, поддерживая свой вес за счет статических гидросил и перемещая свое тело вперед за счет гидродинамики.

Изучив структурные и поведенческие стратегии кузнечиков, команда построила робота. Как и насекомые, прототип может плавать и прыгать по поверхности воды, двигая конечностями с различной скоростью.

Ранее ученые Калифорнийского технологического университета создали необычного змееподобного робота, адаптированного под суровые поверхностные условия Энцелада. Прототип уже прошел первые полевые испытания на Земле.

Источник

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.