假体装置使仿生水母能以三倍的速度游泳

时间:2020-03-02 19:44 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

假体装置使仿生水母能以三倍的速度游泳

从托尼·斯塔克(Tony Stark)和幻想小说,到世界各地实验室里正在开发的现实生活中的假肢,仿生人体部件一直被认为可以提高人类的身体能力。但你有没有想过水母会是什么样子?加州理工学院和斯坦福大学的科学家们已经研制出了一种微小的假体,这种假体能让海洋生物以更少的能量游得更快,而且不会对它们造成任何伤害。

自2013年以来,加州理工学院(Caltech)和斯坦福大学(Stanford)的工程师和机器人研究人员一直在研究水母运动的机理,希望有朝一日能招募它们作为一种环境监测设备。科学家们的想法是,这些数量巨大的海蜇团可以配备传感器来收集有关海洋的信息,而海洋在很大程度上仍未被探索。

“只有5 - 10%的体积已经探索过的海洋,所以我们想利用水母无处不在的事实已经从船上测量,这是由于其高成本数量有限,”加州理工学院的John Dabiri说,他领导了这项研究。

为了做到这一点,Dabiri和他的团队首先需要对水母如何在水中移动进行更多的控制。该团队开发的新技术是实现这一目标的第一步,也是重要的一步,它加快了水母的游动速度,同时也让我们更多地了解了它们的机制。

这种假体装置类似于起搏器,使用电脉冲来调节病人的心脏节律。但这个2厘米(0.8英寸)宽的装置控制的不是心率,而是水母用来推动自身前进的脉冲运动速度。

一般来说,水母的移动速度约为每秒2厘米,它们会小心地控制身体脉冲的频率,以达到最佳的捕食速度。通过用一个小的木制倒钩(这是无害的)将假体连接到水母的身体上,研究小组能够使用电脉冲来提高赌注,以三倍于水母正常身体脉冲的速度跳动。

这与水母在水中的加速速度密切相关,水母的移动速度约为每秒4到6厘米。此外,研究小组还测量了水母游泳时的氧气摄入量,以此来跟踪它们的能量水平,结果发现,尽管水母游动速度是水母的三倍,但它们只消耗了两倍的能量。看看下面的比赛。

仿生水母游得更快-比较

“我们已经证明,它们能够比正常情况下移动得快得多,而不会对新陈代谢造成不合理的代价,”斯坦福大学的研究生、论文合著者Nicole Xu说。这表明,水母拥有一种尚未开发的能力,可以更快、更有效地游泳。他们通常没有理由这样做。”

通过进一步发展他们的义肢,许和大贝里希望给他们这样做的理由。从这里开始,研究小组希望改进这项技术,除了控制水母的速度外,还能引导它们朝不同方向移动,使它们能够对来自船上传感器的信号做出反应。

“如果我们可以找到一种方法来直接这些水母也配备传感器跟踪海洋温度、盐度、氧气水平,等等,我们可以创建一个真正的全球海洋的网络,其中每个水母机器人成本几块钱从猎物已经在仪器和提要本身能量海洋,”达比利说。

仿生水母游得更快、更有效率

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