CP v2

Tag: Biomechanika

  • Marsui ruošiamas naujas visureigis: mokslininkai jį nukopijavo nuo driežo ir jis „plaukia“ smėliu

    Marsui ruošiamas naujas visureigis: mokslininkai jį nukopijavo nuo driežo ir jis „plaukia“ smėliu

    Marsa tyrinėjantys robotai jau ne kartą įstrigo puriame grunte, todėl inžinieriai vis dažniau ieško sprendimų gamtoje. Vienas naujausių eksperimentų – prototipinis marsaeigis, kurio judėjimas paremtas dykumų driežo sandfish (Scincus scincus) gebėjimu nerti į smėlį ir judėti po juo tarsi plaukiant.

    Skirtingai nei tradiciniai marsaeigiai, šis prototipas ne tik rieda į priekį. Jo keturi ratai juda aštuoniukės trajektorija, smėlį pjaudami ir stumdami taip, kad susidaro ir išilginės, ir šoninės jėgos, padedančios išlaikyti sukibimą birioje terpėje.

    Kaip veikia aštuoniukės principas

    Tyrėjų publikuotuose bandymuose matyti, kad judėjimo metu prototipas palieka banguotas, sinusoidę primenančias vėžes. Pasak projekto autorių, tai signalas, kad pasirinktas mechanizmas iš tiesų imituoja gyvūno sąveiką su smėliu ir leidžia sumažinti įsmigimo riziką.

    Smėlis yra klastinga terpė, nes gali elgtis ir kaip kietas kūnas, ir kaip skystis, priklausomai nuo apkrovos, vibracijos bei grūdelių tarpusavio trinties. Dėl to įprasti apvalūs ratai ar vikšrai ne visada užtikrina stabilų judėjimą, ypač įkalnėse ar staigiai manevruojant.

    Kodėl Marsui tai ypač aktualu

    Marsaeigių mobilumas yra kritiškas, nes kiekvienas sustojimas ar įstrigimas tiesiogiai mažina mokslinių užduočių apimtį ir misijos efektyvumą. Marsui būdingas birus regolitas, akmeningas reljefas ir staigūs šlaitai, o tai reiškia, kad važiuoklė turi būti atspari ne vien kietam gruntui, bet ir smėlio spąstams.

    Projekto komanda teigia, kad ankstesnės prototipo versijos turėjo praktinių trūkumų: ratai buvo per siauri ir per sunkūs, todėl didėjo slėgis į gruntą, aparatas labiau klimpo, o valdymas tapdavo sudėtingesnis. Vėlesnėse iteracijose ratai buvo koreguojami, tikintis geresnio darbo mišriame reljefe.

    Ar tokius ratus pasirinks NASA?

    Nors bandymai rodo perspektyvą, kol kas mažai tikėtina, kad tokia sistema artimiausiu metu taptų pagrindiniu NASA marsaeigių standartu. Esminis iššūkis – valdomumas ir stabilumas realiomis sąlygomis, kai slydimas gali prasidėti staiga, o klaida kainuotų laiką, energiją ir riziką įrangai.

    Tyrėjai pabrėžia, kad dar laukia darbas su ratų paviršiumi, sukibimo optimizavimu ir manevravimo algoritmais, kad prototipas ne tik judėtų pirmyn biriu gruntu, bet ir patikimai suktų bei stabdytų. Vis dėlto pats principas rodo aiškią kryptį: ateities marsaeigiai gali tapti mažiau panašūs į automobilius ir labiau į gamtos suformuotus judėjimo modelius.

  • Vandeniu bėgantis baziliskas: mokslininkai išskyrė tris judesio fazes ir paaiškino, kodėl tai ne visiems

    Centrinės ir Pietų Amerikos drėgnuosiuose miškuose gyvenantis paprastasis baziliskas, dar vadinamas „Jėzaus driežu“, trumpam gali įveikti vandens telkinį bėgdamas paviršiumi. Mokslininkai aiškina, kad tai nėra „stebuklas“: gyvūnas pasikliauja ypač dideliu greičiu ir tiksliai suderinta judesių seka.

    Norint išlikti virš vandens, kiekvienas žingsnis turi sukurti pakankamą į viršų nukreiptą impulsą, kad kūnas nespėtų panirti. Tyrimai rodo, jog vien pliaukšėjimo į vandenį nepakanka, o pagrindinė atrama susiformuoja po vandens paviršiumi.

    Mokslininkai bazilisko bėgimo ciklą skirsto į tris fazes. Pirmoji yra smūgis, kai koja dideliu greičiu trenkiasi į vandenį ir „užkabina“ atramos momentą.

    Antroji fazė dažnai apibūdinama kaip stūmimas: pėda juda žemyn ir atgal, aplink ją susidaro oro ertmė. Tuomet baziliskas spaudžia tankų vandenį po šia ertme, o būtent tai sukuria didžiausią keliamąją jėgą.

    Trečioji fazė yra atstatymas: koja turi būti labai greitai ištraukiama dar iki subliūkštant oro burbului, kuris kitaip „patemptų“ galūnę žemyn. Kitaip tariant, triukas veikia tik tada, kai greitis ir ritmas nepriekaištingi.

    Gebėjimą bėgti vandeniu lemia ne vien technika, bet ir sandara. Baziliskai turi dideles užpakalines kojas, o ant pirštų esančios odos ataugos kontaktuojant su vandeniu praplatėja, padidindamos atramos plotą.

    Vis dėlto šis mechanizmas veikia tik siaurame kūno masės diapazone. Didėjant driežui, jo svoris auga greičiau nei raumenų pajėgumas sukurti reikiamą impulsą, todėl daliai individų tokia strategija tampa per brangi energijos požiūriu arba tiesiog fiziškai nebeįmanoma.

    Manoma, kad bėgimas vandeniu išsivystė kaip apsisaugojimas nuo plėšrūnų: taip galima greitai pasitraukti nuo sausumos grėsmės, išlaikant kontrolę, kur judama. Jei atstumas per didelis arba tempas krenta, baziliskas pereina prie kitos taktikos ir neria.

    Tyrėjai nurodo, kad šie ropliai gali išbūti po vandeniu stebėtinai ilgai, todėl prireikus vanduo tampa ne kliūtimi, o slėptuve. Tokia dviguba strategija paaiškina, kodėl baziliskas laikomas vienu įspūdingiausių judėjimo prisitaikymų tarp roplių.