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为什么海马的尾巴是方形

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发表于 2015-7-10 16:22:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
为什么是海马的尾部方形?一个国际研究小组已经找到了答案,这可能导致建立更好的机器人和医疗设备。概括地说,尾巴制成方形的,重叠的部分,使比圆柱形尾部装甲更好。这也是在握持和把握好。研究人员描述了在7月3日发行他们的调查结果科学。

“几乎所有动物的尾巴有圆形或椭圆形的横截面,但不是海马的。我们想知道为什么,“迈克尔·波特的助理教授,机械工程在克莱姆森大学的研究的首席研究员,谁赢得了他说的pH .D。在材料科学与工程在加州大学圣地亚哥分校,在2014年“我们发现,方状的尾巴是更好的抓都和装甲在需要的时候。”

也显着,方板使海马的尾部更严厉,更强大和应变更耐在同一时间。通常,加强这些特征的任何一个会削弱其他的至少一个,波特说。他和他的同事开始着手找出原因。
他们发现,方板粉碎移动时,只有一个自由度:他们滑动。与此相反,圆形板具有两个自由度:它们滑动,并且它们旋转。其结果是,在方板吸收更多的能量永久性故障开始之前。
以他们的研究结果得出,研究人员使用了多种技术,包括3D印刷的海马的尾部简化的模型,他们再弯曲,扭曲,压缩和粉碎。他们还3D印刷和跑类似的实验在由重叠圆形段,它们的设计和一个未在自然界中发现的尾部模型。

“新技术,如3D打印,使我们能够模仿生物的设计,而且还建立设计模型假设自然界中不存在,”波特说,“然后我们就可以对对方进行测试,以寻找灵感,新的工程应用,也解释为什么生物系统可能已经进化。“

科学的研究建立在工作波特与多米尼克Adriaens,进化生物学,在根特大学和加州大学圣地亚哥分校教授合作,开始在加州大学圣地亚哥分校材料科学和工程教授乔安娜McKittrick和马克·迈尔斯。“迈克尔决定用工程与技术讲解生物特征,”McKittrick,谁是波特的联合顾问,是在纸上的合着者说。您可以简化性质,研究它在实验室里,加入迈尔斯,也是一个合着者和波特合作顾问。“那你可以建立新的仿生结构和设备。”

波特的研究小组在克莱姆森现在应用这种方法,开发新结构和模仿其他各种自然和假设,系统的机器人系统,让他来翻译他的研究跨学科:从生物为灵感设计的源泉; 并从工程作为生物学的勘探的工具。

抓,夹持
当研究扭3D印刷方海马尾模型,他们发现,其板干扰彼此,约一半限制其运动范围相比,制成圆形段的模型。此外,它被扭曲后,广场模型返回到其原来的形状快,而花费的能量的最小量。研究人员推测,这可能保护尾部损坏。与此相反,从圆形段制成一个尾巴扭转容易且需要更多的能量以返回到其原来的形状。研究人员还发现,尾部的正方形部分创建的多个接触点与表面相比,具有圆区段的尾部,它正在煞住。

此外,海马的尾巴弯曲的方式,允许它其视线内抓握物体。研究的共同作者罗斯L.哈顿,助理教授机械工程俄勒冈州立大学和专业的机器人,帮助波特开发的几何模型描述尾部的力学和证明它的几何精确优化,这种把握。

装甲
研究人员还提出压缩3D打印段和比较他们的行为与方形和圆形3D打印固体结构的模型截面,但没有细分。他们发现,海马的尾部有缝的地方,在粉碎时,固体结构失败的确切位置。这使得结构来吸收更多的能量的冲击。更令人印象深刻,广场模型跑赢圆一个在所有破碎的测试。这是因为方段失败,但不会改变其总体形状。相比之下,圆段开拓应用负载下,从改变自己的圆形状椭圆形。

这一点很重要,因为水禽是海马的主要天敌之一,捕捉他们的猎物他们的嘴,并粉碎他们在这个过程中。
应用
波特也在研究如何灵感来自海马的尾部结构设备可以在现实生活中使用。一种可能性是扩展到建立一个把持机器人手臂,能够在恶劣的环境中使用的结构。另一种是规模下来建立一个导管。但可能是多方面的,说研究的共同作者迈尔斯,相关资料在cusabio.cn。

对海马的尾部结构
海马的尾巴通常由约36平方状链段中,每个由四个L形角板指逐渐在尺寸沿尾部的长度减小。所述板可自由滑动或枢转。滑翔关节允许骨板滑过彼此。枢转接头是类似球窝接头,具有三个旋转自由度。将板连接到椎骨由结缔组织的厚胶原层。板与椎骨之间的关节非常灵活,近六自由度。
发表于 2017-9-5 12:24:39 | 显示全部楼层
板与椎骨之间的关节非常灵活,近六自由度。
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发表于 2017-9-5 14:21:48 | 显示全部楼层
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