基于鹿部附着机制和宏观/微观结构的足部生物学研究
Guoyu Li1,2, Rui Zhang2, Yexuan Luo1
1School of Mechanical Engineering, Shanghai Dianji University, Shanghai 201306, China.
Biomimetics (Basel, Switzerland)
|December 22, 2023
概括
这项研究开发了以鹿解剖学为灵感的生物机器人脚,用于在冰的地面上增强引力. 这种新的设计显著提高了动态摩擦系数,使机器人在极端环境中能够更好地移动.
科学领域:
- 机器人技术 机器人技术 机器人技术
- 生物力学 生物力学
- 材料科学 材料科学 材料科学
背景情况:
- 机器人在极端地形上的机器人移动性,如冰的地面,对于探索和防御等应用至关重要.
- 当前的机械脚在具有挑战性的冰或结土壤条件下往往缺乏足够的附着性能.
研究的目的:
- 分析影响生物脚附着功能的因素,用于在冰的地面上操作的机器人.
- 设计和评估仿真鹿和毛皮结构的生物脚,以改善抓地力.
主要方法:
- 模拟鹿在柔软而紧密的冷土壤上步的摩擦和脚部压力.
- 设计了四种类型的生物脚,包括爪 () 顶部,囊和足部毛皮微观结构特征.
- 对比了仿生脚的附着性能与普通的多板脚.
主要成果:
- 带有肋骨和状囊的生物脚在冰的土壤上表现出优越的附着性能.
- 优化生物脚的动态摩擦系数与多板脚相比增加了11.43-31.75%.
- 确定了关键的附着部件,如角,外边和囊,应力范围为4.56-24.72 MPa.
结论:
- 结合特定微观结构特征的生物脚,如肋骨和曲的甲囊,显著提高了机器人在冰的地面上的固定.
- 附着机制依赖于生物凸冠和压力下的不光滑的结土壤表面之间的相互作用.
- 这种仿生方法为改善机器人在极端地球和外星环境中的交通能力和移动性提供了有希望的解决方案.
