Tin tức Vũ trụ TV

Để leo lên như một con tắc kè thì robot cần ngón chân

Ngày:
Th5 09, 2020
Tóm lược:

Các nhà nghiên cứu biết bí mật về khả năng đi lại trên trần nhà của loài tắc kè: những ngón chân đầy lông của chúng. Nhưng làm thế nào để họ sử dụng năm ngón chân trên mỗi chân để điều chỉnh trọng lực khi chạy ngang dọc theo các bức tường. Các nhà sinh học hiện đã sử dụng máy ảnh tốc độ cao để ghi lại cách con tắc kè định hướng ngón chân của chúng với trọng lượng thay đổi, đặc biệt là khi gặp phải các bản vá trơn hoặc thô, và tìm thấy một khả năng đáng chú ý để điều chỉnh hướng ngón chân để dính và bóc trong khi chạy hết tốc độ.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Bụng phát hiện của một con tắc kè Tokay được sử dụng bởi các nhà sinh vật học UC Berkeley để hiểu làm thế nào năm ngón chân dính của con vật giúp nó leo lên trên nhiều loại bề mặt. (Ảnh được cung cấp bởi Yi Song)
Bụng phát hiện của một con tắc kè Tokay được sử dụng bởi các nhà sinh vật học UC Berkeley để hiểu làm thế nào năm ngón chân dính của con vật giúp nó leo lên trên nhiều loại bề mặt. (Ảnh được cung cấp bởi Yi Song)

Robot có ngón chân? Các thí nghiệm cho thấy robot leo trèo có thể được hưởng lợi từ việc có những ngón chân linh hoạt, giống như những con tắc kè, có thể điều chỉnh nhanh chóng để phù hợp với trọng lượng thay đổi và bề mặt trơn trượt.

Các nhà sinh học từ Đại học California, Berkeley và Đại học Hàng không và Vũ trụ Nam Kinh đã quan sát những con tắc kè chạy dọc theo các bức tường để tìm hiểu cách chúng sử dụng năm ngón chân của mình để bù cho các loại bề mặt khác nhau mà không bị chậm lại.

“Nghiên cứu đã giúp trả lời một câu hỏi cơ bản: Tại sao có nhiều ngón chân?” Robert Full, giáo sư sinh học tích hợp của UC Berkeley cho biết.

Như nghiên cứu trước đây của ông đã chỉ ra, các ngón chân của tắc kè có thể bám vào các bề mặt mịn nhất thông qua việc sử dụng các lực liên phân tử, và mở ra và bóc vỏ trong một phần nghìn giây. Những ngón chân của chúng có tới 15.000 sợi lông trên mỗi bàn chân và mỗi sợi tóc có “một trường hợp chẻ ngọn khủng khiếp, với hàng ngàn đầu có kích thước nano cho phép tiếp xúc bề mặt gần”.

Những khám phá này đã tạo ra nghiên cứu về các loại chất kết dính mới sử dụng lực liên phân tử, hoặc lực van der Waals, để bám dính hầu hết mọi nơi, ngay cả dưới nước.

Một câu đố là những con tắc kè chỉ dính theo một hướng. Chúng chộp lấy khi kéo theo một hướng, nhưng nhả ra khi bóc theo hướng ngược lại. Tuy nhiên, tắc kè di chuyển nhanh nhẹn trong bất kỳ định hướng.

Để xác định con tắc kè đã học cách đối phó với các lực dịch chuyển như thế nào khi chúng di chuyển trên các bề mặt khác nhau, Yi Song, một sinh viên UC Berkeley đến từ Nam Kinh, Trung Quốc, đã chạy những con tắc kè đi dọc theo một bức tường thẳng đứng trong khi quay video tốc độ cao để hiển thị hướng của ngón chân của chúng. Chuyển động sang một bên cho phép anh ta phân biệt trọng lực hướng xuống với lực chạy về phía trước để kiểm tra tốt nhất ý tưởng bù ngón chân.

Sử dụng một kỹ thuật gọi là sự phản xạ nội tâm thất vọng, Song, cũng đo diện tích tiếp xúc của mỗi ngón chân. Kỹ thuật này làm cho các ngón chân sáng lên khi chúng chạm vào một bề mặt.

Lợi dụng một hiện tượng gọi là sự phản xạ nội tâm thất vọng, các nhà nghiên cứu có thể cho biết phần nào của miếng đệm ngón chân (điểm sáng) tiếp xúc với bề mặt và nâng đỡ trọng lượng của con tắc kè. (Ảnh của Yi Song)
Lợi dụng một hiện tượng gọi là sự phản xạ nội tâm thất vọng, các nhà nghiên cứu có thể cho biết phần nào của miếng đệm ngón chân (điểm sáng) tiếp xúc với bề mặt và nâng đỡ trọng lượng của con tắc kè. (Ảnh của Yi Song)

Trước sự ngạc nhiên của các nhà nghiên cứu, tắc kè chạy ngang nhanh như khi chúng trèo lên, dễ dàng và nhanh chóng sắp xếp lại các ngón chân của chúng chống lại trọng lực. Các ngón chân của bàn chân trước và chân sau trong khi chạy ngang qua tường di chuyển lên trên và hành động giống như ngón chân của bàn chân trước trong khi leo.

Để tiếp tục khám phá giá trị của các ngón chân có thể điều chỉnh, các nhà nghiên cứu đã thêm các miếng vá và dải trơn, cũng như các bề mặt không đều. Để đối phó với những mối nguy hiểm này, tắc kè đã tận dụng việc có nhiều ngón chân mềm. Sự dư thừa cho phép các ngón chân vẫn tiếp xúc với bề mặt để định hướng lại và phân phối tải trọng, trong khi độ mềm cho phép chúng phù hợp với các bề mặt gồ ghề.

Các ngón chân cho phép vận động nhanh nhẹn bằng cách phân phối kiểm soát giữa nhiều cấu trúc dự phòng, tuân thủ, giảm thiểu rủi ro khi di chuyển trên địa hình đầy thách thức. Kiểm soát phân tán cho thấy cách thức bám dính sinh học có thể được triển khai hiệu quả hơn và đưa ra ý tưởng thiết kế cho chân robot mới, dụng cụ kẹp mới và bộ điều khiển độc đáo.

Nhìn cận cảnh miếng đệm ngón chân của một con tắc kè Tokay. Chúng có khoảng 15.000 sợi lông trên mỗi bàn chân, mỗi sợi có hai đầu chẻ ngọn giúp tiếp xúc tối đa với bề mặt và hỗ trợ trọng lượng của động vật bằng cách tương tác với các phân tử bề mặt thông qua lực van der Waals. (Ảnh của Yi Song)
Nhìn cận cảnh miếng đệm ngón chân của một con tắc kè Tokay. Chúng có khoảng 15.000 sợi lông trên mỗi bàn chân, mỗi sợi có hai đầu chẻ ngọn giúp tiếp xúc tối đa với bề mặt và hỗ trợ trọng lượng của động vật bằng cách tương tác với các phân tử bề mặt thông qua lực van der Waals. (Ảnh của Yi Song)

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học California – Berkeley . Bản gốc được viết bởi Robert Sanders. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. Yi Song, Zhendong Dai, Zhouyi Wang, Robert J. Full. Vai trò của nhiều ngón chân, có thể điều chỉnh trong điều khiển phân tán được thể hiện bằng cách chạy ngang tường trong tắc kè . Kỷ yếu của Hội Hoàng gia B: Khoa học sinh học , 2020; 287 (1926): 20200123 DOI: 10.1098 / rspb.2020.0123

Bài viết liên quan

Bài viết mới