人類發(fā)明的仿生學機器人為何不能像壁虎一樣穩(wěn)定降落？

為什么壁虎降落在樹枝上如此穩(wěn)當，而人類發(fā)明的仿生學機器人卻做不到?在英國《通訊·生物學》雜志近日發(fā)表的一項動物學研究中，科學家通過大量實際觀察和精確模型分析指出，在樹間滑行的亞洲蝎尾蜥虎(也稱亞洲蝎虎)會在降落時用尾巴穩(wěn)定身體。

為了更好地理解蜥虎尾巴的擺動在降落中的重要性，德國馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所科學家阿爾迪安·朱蘇飛及其同事此次利用高速攝像機，拍攝了30只野生蜥虎從高臺上跳向附近一棵樹的過程，隨后再用一個近景高速攝像機拍攝了其中16只蜥虎降落時的運動。

研究團隊觀察到，蜥虎會先用頭撞樹，再讓軀體和尾巴朝后擺動。大部分著陸情況下(14次中的8次)，蜥虎的身體和頭部會朝著遠離樹干的方向擺動，導致它們失去對前足的控制，但它們會將尾巴壓住樹干以防止跌落。其中5只蜥虎在降落時四腳全在樹干上，另外一只失去了控制，摔了下來。還有兩只無尾蜥虎在嘗試降落后也從樹干上摔了下來。

為了研究蜥虎是如何利用尾巴擺動防止摔落的，研究團隊開發(fā)了兩個類似蜥虎的柔性機器人，并用彈射器發(fā)射，模擬從滑行到高速降落的過程。這兩個機器人的身形比例類似蜥虎，但一個機器人有像蜥虎一樣的尾巴，而另一個沒有。研究人員測量了這兩個機器人在貼了魔術(shù)貼的垂直表面上降落時足部產(chǎn)生的力。他們發(fā)現(xiàn)，實驗中無尾機器人成功降落在垂直表面的概率只有15%，而有尾機器人的成功概率有55%。如果將尾巴長度縮短到原來的25%，機器人成功降落所需的足部力量需要增加一倍以上。

結(jié)合現(xiàn)場觀測結(jié)果以及機器人分析模型顯示，尾巴能通過減少機器人貼在垂直面上所需的足力，提高其降落穩(wěn)定性和成功率。研究結(jié)果表明，蜥虎在樹間滑行時，尾巴可能也起到了類似的作用。研究人員認為，與蜥虎尾巴相似的結(jié)構(gòu)或能幫助飛行機器人(如無人機)在垂直表面降落時起到穩(wěn)定作用。(記者張夢然)