Soft Robotics:两栖环境下螃蟹仿生机器人的行走控制

传统水陆两栖机器人依靠轮胎或履带与表面的接触及摩擦产生推进力,这种对于表面接触的依赖性限制了现有水陆两栖机器人在低重力环境下(如水中)的机动性。利用生物自身的推进机制,人为激发生物运动行为,由活体生物与微机电系统组成的生物-机械混合系统为构建微小型水陆两栖机器人提供新思路。在广泛的生物载体中,螃蟹由于具有独特的步态,除此以外,螃蟹在水中使用鳃进行气体交换,使其可以在水下长期停留而不需浮到水面上,这些特性使其成为构建仿生水陆两栖机器人的良好载体。基于此,南洋理工大学的Hirotaka Sato团队通过电刺激彩虹蟹甲壳的感觉系统实现了对于半水栖蟹在陆地与水下环境中向不同方向的运动控制。由此构建的螃蟹混合机器人实现了从陆地到水中的平稳过渡,并证明了其对两栖环境的适应性。该混合机器人结构紧凑,体长仅 5 厘米,整体重量 50 克(含控制器),在海滨环境中的狭窄和非结构化工况下具有广泛应用潜力。

一、刺激位点选择与螃蟹混合机器人构建

   在刺激位点的选择上,团队受到了蟑螂触角功能的启发,即蟑螂触角用于探知环境障碍,并通过触角对环境的机械接触做出行为决策的功能特性,从而假定彩虹蟹甲壳的机械刺激可能引发运动响应。因此,作者通过对螃蟹胸神经节中一对神经索(图1A)的神经记录发现,螃蟹甲壳对机械刺激具有敏感性,当甲壳接收到接触刺激时,神经索的神经元活动增强(图1C),其放电频率与机械接触频率呈现出正相关(图1E)。基于此,作者在甲壳上选择了四个刺激位点(图2B):一对位于甲壳上白点的外侧,这些白点是彩虹蟹的形态标志。另一对位于第五对附肢轴突关节的前侧。四个刺激位点通过电极连接到彩虹蟹所携带的刺激背包(图2B)的四个数模输出通道上。通过双极方波脉冲信号的电刺激诱导与刺激方向相反的运动响应。依据刺激位点的不同,可诱导螃蟹分别产生向左、向右、向前三个方向的运动响应(图2C)。刺激背包主要包括微控制器与蓝牙无线控制芯片(图2B)。蓝牙在空气中通讯距离可达到30m,而在水下通讯距离只有几英寸。本研究所设计的背包可在水下5cm深的位置通过蓝牙与中央工作站进行通讯。背包通过双面胶固定在打磨后的螃蟹甲壳上,随后背包表面涂覆硅酮密封胶防水,以满足螃蟹混合机器人的两栖工作需求。

在这里插入图片描述

图1 螃蟹甲壳感觉系统

在这里插入图片描述

图2 螃蟹混合机器人系统

二、螃蟹混合机器人在陆地与水中的运动调控效果

   在自然状态中,无论是陆地或是水中,彩虹蟹主要采用横着走的步态。而在刺激状态下,无论是陆地或是水中,当螃蟹靠近附肢轴突关节的两个刺激位点收到脉冲信号时,螃蟹表现出向前行走的行为特征(图3,4);当螃蟹左侧的两个刺激位点收到信号,螃蟹则表现出向右行走的行为,反之亦然(图3,4)。对于陆地与水中两种实验场景,螃蟹对于同样刺激位点均表现出一致的行为响应。值得注意的是,在左侧与右侧行为诱导下,螃蟹平均行走方向变化分别为-40.1°和42.4°,而身体转动角度分别仅为-4.58°和4.58°,同时转向角度的变化与行走方向的变化呈现出正相关性。由此可以看出,行走方向主要通过调整平移运动的比例来改变行走方向,而不是通过转向改变行走方向。

在这里插入图片描述

图3 在陆地环境中,螃蟹的自然步态与电刺激下的步态

在这里插入图片描述

图4 在水下环境中,螃蟹的自然步态与电刺激下的步态

三、总结

   本研究中团队主要利用彩虹蟹开发了一款两栖生物混合机器人。这种螃蟹混合机器人配备了无线控制背包,可以在陆地和水下条件下通过电刺激甲壳不同位点实现三种基本运动调控。该行为调控策略利用了螃蟹甲壳接收有害刺激时的躲避行为特点,然而,目前仍需要更深入的研究进一步揭示其潜在机制。总体而言,本文所设计的螃蟹混合机器人在狭窄和复杂的两栖环境下具有多种应用潜力,例如管道探测,侦察与救灾。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/774372.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

P1923 【深基9.例4】求第 k 小的数 Python 并未AC的一题

【深基9.例4】求第 k 小的数 题目描述 输入 n n n&#xff08; 1 ≤ n < 5000000 1 \le n < 5000000 1≤n<5000000 且 n n n 为奇数&#xff09;个数字 a i a_i ai​&#xff08; 1 ≤ a i < 10 9 1 \le a_i < {10}^9 1≤ai​<109&#xff09;&#xff…

电阻的妙用:限流、分压、滤波,助力电路设计!

电阻可以降低电压&#xff0c;这是通过电阻的分压来实现的。事实上&#xff0c;利用电阻来降低电压只是电阻的多种功能之一。电路中的电阻与其他元件&#xff08;电容、电感&#xff09;结合用于限流、滤波等。&#xff08;本文素材来源&#xff1a;https://www.icdhs.com/news…

AKShare 快速入门

AKShare 快速入门 查看数据 AKShare 快速入门 具体函数使用详情, 请查看 AKShare 文档 每个接口的示例代码 AKShare 数据接口一览 交易所期货数据 “get_cffex_daily”, # 中国金融期货交易所每日交易数据 “get_cffex_rank_table”, # 中国金融期货交易所前20会员持仓…

简明 Python 教程(第9章 面向对象编程)

本章开始介绍Python的面向对象编程&#xff0c;Python这种动态语言的面向对象和很多强类型语言如JAVA&#xff0c;C#&#xff0c;C等语法上区别还是比较大的&#xff0c;但总体思路基本还是相通的。面向对象编程是一种编程范式&#xff0c;它使用对象来表示现实世界中的实体&am…

C++ :STL中vector扩容机制

vector是STL提供的动态数组&#xff0c;它会在内部空间不够用时动态的调整自身的大小&#xff0c;调整过程中会有大量的数据拷贝&#xff0c;为了减少数据拷贝的次数vector会在调整空间的时候尽量多申请一些空间&#xff0c;这些预留出的空间可以很大程度上减少拷贝的发生。 在…

适合新手小白的wordpress详细安装教程

1、下载程序 到wordpress官方网站下载wordpress程序&#xff0c;官方下载地址&#xff1a;Download | WordPress.org China 简体中文。 下载最新版的wordpress程序 https://cn.wordpress.org/latest-zh_CN.zip 2、上传程序 上传程序前先确认主机是否符合安装的环境要求&…

文件压缩与解压命令

(1)tar 打包或解包 tar 将文件打包tar cvf xxxx.tar(打包好的名字) 需要打包的所有文件名 各参数的意义如下: c:创建包文件 f:指定目标为文件而不是设备; v:显示详细过程; t:显示包中的内容而不释放; x:释放包中的内容 z:GNU版本新加的,使得tar有压缩和解压的功能; 解…

爬虫基础训练题

1.抓取imooc网站实战课程部分的课程名称&#xff08;所有课程大概7页&#xff0c;抓取1到5页&#xff09;&#xff0c;并把所有课程名称存储为txt文件第一页地址 2.设置一个请求头&#xff08;headers&#xff09;&#xff0c;这是一个字典&#xff0c;用于在HTTP请求中设置请…

wordpress搬家修改前缀后台无法访问

wordpress更换域名后&#xff0c;后台不能访问&#xff0c;出现以下提示&#xff1a;Sorry, you are not allowed to access this page. 出现这种情况一般是因为更改了数据表的前缀了&#xff0c;比如&#xff0c;由原来的wp_改为了wp_louyuwu_ 解决办法&#xff1a; 1、打开…

【C++】 switch 语句case后面可以跟 string变量吗? case后面可以怎么跟 string变量?

文章目录 在 C 中&#xff0c;case 语句通常是用于 switch 语句中&#xff0c;用来匹配整数或枚举类型的常量。在标准的 C 中&#xff0c;case 语句后面不能直接跟字符串变量&#xff0c;因为 case 语句要求其后面是一个常量表达式。 如果想在 switch 语句中匹配字符串&#x…

职场人必备!效率翻倍的多微信号必备管理工具大揭秘

在职场中&#xff0c;高效率的工作方式是非常重要的。而为了提高工作效率&#xff0c;合理运用一些工作神器也是必不可少的。今天给大家分享一个多微信号管理工具——微信管理系统&#xff0c;它能够帮助职场人员管理多个微信号&#xff0c;让工作变得更加高效。 首先&#xf…

mamba的学习记录

最近新出了一种很火的架构mamba&#xff0c;听说吊打transformer&#xff0c;特此学习一下&#xff0c;总结一下学习的内容。 state-spaces/mamba (github.com)3个月8Kstar&#xff0c;确实有点受欢迎。 目录 1.先验 RNN​ LSTM ​2.mamba State Space Models​ Selecti…

Django 自定义中间件(IP限制频率、用户权限)

【一】用户权限 &#xff08;1&#xff09;要求 不同的用户&#xff0c;有不同的操作权限比如 超级管理员&#xff0c;拥有所有权限管理员可以增加、查询、修改普通用户只能查询 &#xff08;2&#xff09;逻辑梳理 理论来说&#xff0c;这个权限需要保存在数据库中 但是这…

React和Vue.js的有什么区别

在当今前端开发领域&#xff0c;React 和 Vue.js 作为两大热门的前端框架备受开发者关注。它们各自拥有独特的特点和优势&#xff0c;在实际项目中有着广泛的运用。本文将深入探讨 React 和 Vue.js 之间的区别&#xff0c;从组件化方式、数据绑定、模板语法以及生态系统和工具支…

案例 | 华院计算x第一财经:我和我的数智人唱双簧

创新关乎命运&#xff0c;科技引领未来。生成式人工智能(AIGC)给传媒行业发展带来严峻挑战的同时&#xff0c;也带来千载难逢的重大发展机遇。2024年政府工作报告中提出&#xff0c;要深化大数据、人工智能等研发应用&#xff0c;开展“人工智能”行动&#xff0c;打造具有国际…

俚语加密漫谈

俚语加密是一种古老而有效的通信方式&#xff0c;将特定词语或短语在群体内赋予特殊含义&#xff0c;从而隐藏真实信息。类似于方言&#xff0c;它在历史上的应用不可忽视。随着计算机时代的到来&#xff0c;现代密码学通过数学运算编织密语&#xff0c;使得加密变得更加高深莫…

【win10 win11添加右键】git bash

打开注册表编辑器。 按下Win键 R&#xff0c;然后输入”regedit”并按下回车键来打开注册表编辑器。计算机\HKEY_CLASSES_ROOT\Directory\Background\shell\git_bash\command2. 导航到注册表路径&#xff1a;依次展开”HKEY_CLASSES_ROOT\Directory\Background\shell”。右键…

【数据结构】 HashMap源码分析(常量+构造方法+方法)

文章目录 HashMap源码分析一、成员常量二、构造方法三、方法1.此时假定为进行了无参构造&#xff0c;没有分配内存2.当发生有参构造时&#xff0c;完成对容量的大小判断后&#xff0c;将容量大小&#xff0c;传进tableSizeFor方法中&#xff1a; HashMap源码分析 一、成员常量…

iptables笔记

简介&#xff1a; iptables的前身叫ipfirewall &#xff08;内核1.x时代&#xff0c;当内核发展到2.x系列的时候&#xff0c;软件更名为ipchains&#xff0c;现在更名iptables&#xff0c;可以将规则组成一个列表&#xff0c;实现绝对详细的访问控制功能。 工作在用户空间中&…

如何使用Docker轻松构建和管理应用程序(二)

上一篇文章介绍了 Docker 基本概念&#xff0c;其中镜像、容器和 Dockerfile 。我们使用 Dockerfile 定义镜像&#xff0c;依赖镜像来运行容器&#xff0c;因此 Dockerfile 是镜像和容器的关键&#xff0c;Dockerfile 可以非常容易的定义镜像内容&#xff0c;同时在我们后期的微…