การสร้างแบบจำลองชี้หนทางสู่หุ่นยนต์ที่วิ่งเร็ว

อัปเดต: 6 สิงหาคม 2023

การสร้างแบบจำลองชี้หนทางสู่หุ่นยนต์ที่วิ่งเร็วเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าเสือชีตาห์วิ่งด้วยการเดินควบม้าและมีระยะเวลายาวกว่าปกติสองช่วงในวงจรเมื่อพวกมันเคลื่อนที่ด้วยขีปนาวุธจากพื้น ตัวหนึ่งมีแขนขาหน้าและขาหลังซุกอยู่ใต้ร่างกาย ('บินรวมกัน' หลังจากยกขาหน้า) และตัวหนึ่งมีแขนขาเหยียดไปข้างหน้าและท้าย ('บินขยาย' หลังจากยกขาหลังขึ้น)

“ในจำนวนนี้ การบินระยะไกลคือสิ่งที่ช่วยให้เสือชีต้าเร่งความเร็วได้ด้วยความเร็วสูง และขึ้นอยู่กับแรงปฏิกิริยาภาคพื้นดินที่เป็นไปตามเงื่อนไขเฉพาะ ในกรณีของม้า จะไม่มีการบินระยะยาว” ตามรายงานของสถาบันนาโกย่า เทคโนโลยี.

เป็นที่ทราบกันดีว่ามีการงอกระดูกสันหลังมาก โดยจะงอไปในทิศทางตรงกันข้ามสำหรับช่วงเวลาการบินทั้งสองช่วง

อย่างไรก็ตาม “เนื่องจากไดนามิกที่ซับซ้อนและสลับซับซ้อนเช่นนี้ การสังเกตการณ์จึงสามารถช่วยให้เราเข้าใจถึงกลไกที่อยู่เบื้องหลังการเคลื่อนที่ของสัตว์เท่านั้น” โทโมยะ คามิมูระ นักวิจัยจากนาโกย่ากล่าว

ต้องการทำความเข้าใจเกี่ยวกับพลวัต คามิมูระและเพื่อนร่วมงานจึงได้สร้างแบบจำลองกลไกที่เรียบง่ายอย่างน่าทึ่งโดยอิงจากการเคลื่อนไหวในแนวตั้งและกระดูกสันหลัง ซึ่งดูเหมือนว่าจะอธิบายว่าเสือชีตาห์ควบม้าอย่างไร

โมเดลสองมิติมีแรงปฏิกิริยาบนพื้น และ 'เสือชีตาห์' ที่สร้างขึ้นจากร่างที่แข็งแรงสองร่างซึ่งพับแล้วเด้งเข้าหากันสำหรับกระดูกสันหลัง และแท่งเหล็กไร้มวลสองอันสำหรับขาหน้าและขาหลังคู่ จากบานพับกระดูกสันหลัง ส่วนหน้าและส่วนหลังมีความสมมาตร

การแก้สมการการเคลื่อนที่สำหรับแบบจำลองทำให้เกิดคำตอบคาบที่เป็นไปได้หกข้อ: สองวิธีรวมทั้งเที่ยวบินแบบขยายและแบบรวม และสี่แบบที่มีเพียงหนึ่งหรืออย่างอื่นเท่านั้น

แบบจำลองการแก้ปัญหาให้เกณฑ์กำหนดสองเกณฑ์สำหรับประเภทการบิน: ตำแหน่งและขนาดของแรงปฏิกิริยาพื้นดินต่อร่างกายของเสือชีตาห์

ในจำนวนนี้ หนึ่งในนั้นมีการสัมผัสของแขนขาหน้าและขาหลังในลำดับเดียวกันกับเสือชีตาห์จริง และพลวัตของมันนั้นเทียบได้กับขนาดสัตว์ในชีวิตจริง และหนึ่งในสี่ตัวที่ถูกทิ้งนั้นดูเหมือนจะเข้ากับม้าควบ

"ในขณะที่กลไกที่เป็นรากฐานของความแตกต่างในประเภทการบินระหว่างสัตว์แต่ละชนิดยังคงไม่ชัดเจน การค้นพบของเราขยายความเข้าใจเกี่ยวกับกลไกแบบไดนามิกที่อยู่เบื้องหลังการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงของเสือชีตาห์" คามิมูระกล่าว “นอกจากนี้ ยังสามารถนำไปใช้กับการออกแบบกลไกและการควบคุมของหุ่นยนต์แบบมีขาได้ในอนาคต”

งานนี้ได้อธิบายไว้ใน 'Dynamical Determinants ทำให้สามารถบินได้สองประเภทในการควบเสือชีตาห์เพื่อเพิ่มความเร็วผ่านการเคลื่อนไหวของกระดูกสันหลัง' ใน รายงานทางวิทยาศาสตร์

กระดาษเขียนชัดเจนนี้สามารถใช้ได้เต็มจำนวนโดยไม่ต้องชำระเงิน สำหรับผู้ที่มีความโน้มเอียงทางคณิตศาสตร์น้อยกว่า ให้เลื่อนผ่านตรงกลางไปที่ 'ประเภทการบินที่แตกต่างกันเปิดใช้งานการเคลื่อนไหวความเร็วสูง' ไปจนสุดและไปยังข้อสรุป