研究显示了如何模仿自然弹簧式捕捉运动又不失活力

网赌网址app材料科学家勾勒出弯曲的基本物理入扣
低能量损失的椭圆孔与高能量损失的圆形孔
低能量损失的椭圆孔与高能量损失的圆形孔
阿尔弗雷德·克罗斯比
阿尔弗雷德·克罗斯比

阿默斯特,质量。 - 捕蝇草做到这一点,陷阱颚蚁做到这一点,并在马萨诸塞大学现在材料科学家阿默斯特可以做到这一点,太 - 他们发现在一个春天的动能有效地转化弹性能量高的加速度,极端的方式速度运动大自然做的。

在人为和许多自然系统的物理,从一种形式的能量转换到另一个通常意味着失去大量能量的,先说作者旭东良和高级研究员阿尔弗雷德·克罗斯比。 “总有一个成本高,大部分在转换能量的损失,”克罗斯比说。 “但我们已经发现了至少一个机制显著帮助。”细节在 物理评论快报.

使用高速成像,良和在精细细节Crosby的测量的反冲,或咬合,弹性带,可以达到类似的许多启发他们的自然生物系统的加速度和速度的运动。通过与不同的松紧带构象进行实验,他们发现了模仿蚂蚁和捕蝇草快动作,大功率脉冲以最小的能量损失事件的机制。

良,谁现在是在宾厄姆顿大学教师,和Crosby是包括由阿默斯特专家希拉·百达翡丽的前麻省大学机器人专家领导和生物学家,现在杜克大学组的一部分。她研究了虾蛄的极其快速的猛禽附属物,捕捉运动多年。他们的多机构小组由美国支持军队多学科大学研究计划(穆里)批由U资助。秒。美国陆军研究实验室和研究室。

在梁的观察和实验,他发现了基本条件,其中能量最保守 - 再加上基础物理 - 和礼物克罗斯比什么叫“一些真正漂亮的理论和方程式”来支持他们的结论。 “我们的研究表明,弹簧中的内部几何结构,提高能源转换过程中的高功率动作,发挥中央重要作用”克罗斯比笔记。

原来的秘密被添加策略性放置的椭圆 - 不是圆形 - 空穴向松紧带,亮表示。 “维护效率不直观的,这是非常难以猜测该怎么做你自己做个实验,之前。但你可以启动,一旦你看到实验如何去久而久之就形成的理论。你可以开始考虑它是如何工作。”

他减速动作观看在作用像橡皮筋的合成聚合物的捕捉运动。良发现结构性的秘密是在设计的孔图案。 “没有洞一切只是绵延,”他说。 “但有孔,在材料的部分地区将变成和崩溃。”当普通带被拉伸并退缩,所存储的能量的70%以上被利用,用于高功率的运动,其余部分被丢失。

相比之下,加入毛孔变换频带成通过旋转产生运动机械超材料,良解释。他和Crosby证明,用超材料,所存储的能量的90%以上被用于驱动运动。 “在物理学中,弯曲完成同样的动作使用更少的能源,所以当你操纵的格局毛孔,你可以设计带向内部弯曲;它成为高效率,”克罗斯比补充道。

“这表明,我们可以用结构材料,以更改属性。别人知道这是一个有趣的方法,但我们向前移动它,尤其是对于高速运动和弹性能为动能,或运动的转换。”

两个希望这一进展将有助于他们的穆里团队和机器人专家等与绩效目标,帮助他们设计出高效率,快速运动的机器人系统。

良说,“现在我们可以交出一些结构,并说,‘这里是如何为您设计机器人的弹簧。’我们认为新的理论开辟了很多网赌网址app如何看待生物学新的想法和问题,组织的结构如何或他们的炮弹被配置为允许旋转,我们会显示是关键,”他补充道。

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