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机器人原型?这种农业害虫腿部有“超级弹射器” 功率可达汽车的200倍

健康 前瞻网 2020-02-27 18:31

 

机器人原型?这种农业害虫腿部有“超级弹射器” 功率可达汽车的200倍

在世界各地的森林中,繁茂的树叶下常常潜藏着一种叫做“跳甲”的虫子。这种虫子以其超强的跳跃能力为人们知悉,能过轻易躲过外界风险。这也导致,跳甲成为农业领域最讨厌的害虫之一。

不过,这种让农民不厌其烦的虫子,在科学家看来却可能是机器人研究的重要助力。

近日,一项由中美科学家联合进行的研究成果发表在了开放期刊Zookeys上,研究团队描述了跳甲迷人而高效的跳跃机制。

在文章The jumping mechanism of flea beetles (Coleoptera, Chrysomelidae, Alticini), its application to bionics and preliminary design for a robotic jumping leg(跳甲(鞘翅目、叶甲科、跳甲科)的跳跃机理、在仿生中的应用及机器人跳跃腿的初步设计)中,来自中科院和美国农业部的科学家使用微型CT、高速摄影和3D重建技术,首次揭露了跳甲惊人弹跳的秘密。

研究发现,跳甲的弹跳能力来源于其腿部的特殊结构。

在弹跳时,胫骨伸肌和胫骨屈肌同时收缩,并在股骨(昆虫腿的最长部分)内累积弹性应变能。能量被储存在一个硬化的结构中,可以称作为“腿股弹簧”(metafemoral spring),而腿内另外被称为“三角板”(triangular plate)和“弹性板”(elastic plate)的2个结构,一起作为弹射装置的触发器。

当触发器被释放时,超动力弹簧收缩,将弹性势能转化为动能,使得跳蚤甲虫获得极高的加速度。在整个跳跃过程中,跳蚤甲虫并没有逐渐加速,而是在一开始就采用了一种“高效率的机制”,以储存巨大的应变能,以供以后释放。

这种方法避免了肌肉疲劳(能量浪费),是一种极高效率的跳跃方式。

科学家们发现,跳甲跳跃的瞬间加速度可以达到8650m/s2,是重力加速度的865倍。甲虫后腿最大输出功率为2.24×105 W/kg,大约是已知最快肌肉力量的450倍,是强力拉力赛汽车引擎的100-200倍。

科学家们表示,这种弹射弹跳机制高效而又简单,可能会在机器人、工程和工业装置中得到极好的应用。

参考文献:

[1] https://zookeys.pensoft.net/article/38348/

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责任编辑: 3976DBC

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