Математики создали точную модель передвижения робота-змеи

Фото: tontantravel/flickr

В новой работе ученые исследовали динамику «пресмыкания», приближая тело змеи упругим нерастяжимым стержнем. Им удалось точно описать силы внутреннего напряжения и взаимодействия со средой, возникающие в теле змеи при передвижении. Полученные результаты в будущем помогут при создании «умных» скальпелей, минимально повреждающих ткани.

С точки зрения инженерии изучение динамики движения змей представляет большой интерес: не имея конечностей, колес или каких-либо других приспособлений, они способны довольно быстро передвигаться в разном ландшафте. В исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the Royal Society A - Mathematical, Physical and Engineering Science, двое ученых из Международной школы передовых исследований в Италии (SISSA - Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) рассчитали действующие на змею силы и вывели систему уравнений, описывающих ее передвижения.

Для вычислений ученые использовали модель плоского нерастяжимого упругого стержня, кривизна которого может произвольно меняться, имитируя мышечное напряжение. В работе исследовались два случая: движение вдоль фиксированной кривой и движение в заданном направлении без бокового проскальзывания.

Введение ограничений на траекторию или характер взаимодействия со средой позволило однозначно определить граничные условия для системы уравнений и получить достаточно простые выражения для описания сил, действующих в системе. Авторы исследования отмечают, что, хотя подобные оценки проводились и раньше, в их исследовании впервые удалось точно рассчитать боковые силы взаимодействия со средой, возникающие при передвижениях змеи. Ученые подготовили видеоматериал, иллюстрирующий разработанную ими модель змеи в действии.



Пока модель описывает довольно специфический случай, однако со временем исследователи планируют расширить количество изменяемых параметров. В качестве одной из возможных областей применения полученных результатов исследователи называют биомедицинские исследования. По их словам, созданная модель поможет в разработке зондов и скальпелей, способных проникать внутрь ткани к месту действия с минимальными повреждениями окружающих тканей.

Ранее другая группа исследователей также заинтересовалась особенностями механики кожного покрова змей: им удалось создать материал, имитирующий текстуру и свойства змеиной кожи.
Теги:

Читать еще на Чердаке: