对快速蟑螂的见解可以帮助教导机器人行走

以蟑螂为例,科隆的动物学家Tom Weihmann博士和他的团队能够证明快速运行的昆虫会以中速改变他们的步态。以前只在快速哺乳动物中观察到这种行为。步态的这种变化类似于马从trop变为疾驰的方式。该研究的结果现已发表在“动物学前沿”杂志上。

“我特别惊讶的是,稳定动物运动的机制的变化与腿部协调的变化密切相关”,Weihmann指出。昆虫的慢速运行非常稳定,因为它的重心很低,三条腿总是以协调的方式运动。研究表明,高速和光滑表面的步态变化伴随着静态到动态稳定的变化。这最大限度地减少了中枢神经系统控制运动的需要,同时获得了高能效。

“这一发现不仅对昆虫和其他节肢动物的行为和生态有着深远的影响,”Weihmann说。“我们的结果也有助于解决我们在机器人运动中仍然遇到的一些问题。”

具有腿的机器人通常具有比具有轮子的机器人更好的越野移动性。然而,特别是在高运行速度下,机器人耗费了大量能量 - 与许多动物相比。因此,蟑螂的运动模式可能有助于找到一种解决方案,让机器人以可接受的能量消耗高速运行。Weihmann解释说,“在灾后,火星或其他星球上可以在地球上使用的腿部机器人通常以昆虫为模型”。“使机器人腿部的协调模式适应快速运行的蟑螂的协调模式,可以帮助机器人更有效地利用能量,从而提高其在恶劣环境中的耐力。”

科学家们利用有机体Nauphoeta cinerea来研究它在光滑和不光滑表面上的运动。结果表明,在高速下,动物以同步的方式降低了它们的腿移动的程度。这使他们能够避免协调中断或甚至在光滑的表面上跌落。