機器蛇如響尾蛇般爬行在陡峭的沙地斜坡

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身為一位蛇的飼主,我可以親自證明,缺乏四肢並不阻礙行動的事實。事實上,比起輪型或足型機器人,蛇是自由移動於各種地形的高手。他們是出色的游泳健將,甚至可以跳躍和滑翔。讓蛇擁有如此高適應力的原因是,他們能夠根據移動的原因及目的地,從多樣的移動方式中選擇最適合的一種。而“機器蛇”也能做到這一點,甚至做得更好,因為他們能夠執行真正的蛇無法辦到的行為,像縱向的滾動並爬上電線杆。

我們的意思並不是說,機器蛇把真正的蛇打得落花流水。事實上,我們有很多需要學習的,像是蛇移動他們如何移動或為何如此移動。在最新一期的科學研究,來自 Georgia Tech的研究人員, Carnegie Mellon機器人專家, 以及 Zoo Atlanta爬蟲類學家,正在探討響尾蛇如何爬上陡峭的山坡沙地,並研究機器蛇如何能夠學習他們的行為。

當響尾蛇移動時,與地面接觸的身體部位是保持靜止的,這有助於減少打滑,特別是在鬆軟路面上如沙子或塵土。當移動的坡度斜率增加時,滑動變得更容易,這樣的技能便更顯它的重要價值了。然而,研究人員想弄清楚到底蛇會如何改變他們的步態,以進一步適應陡峭的斜坡。

從亞特蘭大動物園的高速錄像顯示,當坡度更陡峭時(高達20度的傾斜),蛇會逐步增加與地面接觸的身體長度,以保持自己的穩定度。而其他種類沒有這種技能的蛇則會跌下山坡。

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以下是研究人員敘述的研究發現:

“我們意識到,當響尾蛇在沙子上爬行時,使用的模板有兩個相互垂直而獨立控制的波,” Hamid Marvi (喬治亞理工學院機械工程學院的副教授)說,“我們使用機器蛇學習他們的移動方式,並了解到有三個不同的故障機制,我們可以透過仔細調整兩個波的高寬比,來控制在與砂接觸的身體區域多寡,進而避免錯誤。”

“他的移動就像一個被旋轉的胎面包圍的橢圓柱體一樣,類似坦克車的移動,” Howie Choset (卡內基美隆大學的機器人教授)說,“當胎面旋轉於橢圓柱體時,他朝著移動的方向將本體往下方送,並再度從後方將本體往上抬升。蛇會提起片段的身體部位,而其他部位保持在地面上,並且隨著坡度的增大,圓柱體的橫截面變得平坦。”