一种自带长鞭的史前海洋生物以软体机器人形态重见天日

一种自带长鞭的史前海洋生物以软体机器人形态重见天日根据西班牙和波兰古生物学家的意见设计的机械版Pleurocystitid在菲尔-勒杜克(PhilLeDuc)和卡梅尔-马吉迪(CarmelMajidi)教授的带领下,卡内基梅隆大学机械工程系的科学家们最近开始研究棘皮动物究竟是如何利用茎状附肢在海底移动的。他们以化石为向导,着手制造了一个(部分)软体机器人胸囊虫,它拥有一个灵活的电动茎状附肢。指导机器人设计的Pleurocystitid化石卡内基梅隆大学当这种"古代仿生"装置在实验室进行测试时,研究人员发现,茎部的大范围扫动最适合推动机器人前进。更重要的是,增加茎干的长度可以显著提高机器人的速度,而不需要使用任何额外的能量。这些发现最终可用于指导机器人的设计,使其在海底或类似环境中快速高效地移动。当然,这项研究也为我们了解海洋生物的运动方式在数百万年间的变化提供了宝贵的见解。勒杜克说:"为将近5亿年前就存在的东西赋予新的生命本身就令人兴奋,但这一突破真正令我们兴奋的是,我们将能从中学到很多东西。"您可以在下面的视频中看到机器人的动作。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1395229.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1395229.htm

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美国干旱致1亿多年前恐龙足迹重见天日:推测身高为4.6米

美国干旱致1亿多年前恐龙足迹重见天日:推测身高为4.6米近期北半球干旱来袭,欧亚北美等地区均出现了较为严重的灾情,严重的甚至出现了河流、水库干涸的情况,也因此出现了很多此前不为人知的隐秘情况。8月24日,据美国有线电视新闻网报道,受高温天气影响,美国得克萨斯州恐龙谷州立公园内的一条河流干涸,大量恐龙足迹化石重见天日,其中最古老的可以追溯到1.13亿年前。该公园的负责人介绍称,此次露出的大部分足迹化石属于一只成年的高棘龙,其身高约15英尺(约合4.6米),体重接近7吨。在正常情况下,这些足迹会被水和沉积物覆盖,不容易被发现,如今由于干旱,河水枯竭,才得以重见天日,不过需要说明是,等到降雨后,这些足迹大概率会被再次掩埋。不只是恐龙足迹,近日,美国科罗拉多河缺水,该河下游美国最大水库米德湖的水位也处于历史低位。水位下降后,有人在米德湖的河滩附近发现了人类遗骸,这已经是今年第五次在米德湖发现人类遗骸。此外,在一些国家和地区还发现了诸如二战时的德国战舰、瓜达尔佩拉尔的多尔曼巨石阵等,而在我国湖北石家晚水库,也出现了清代古牌坊等文物古迹。此次露出的恐龙脚印...PC版:https://www.cnbeta.com/articles/soft/1308207.htm手机版:https://m.cnbeta.com/view/1308207.htm

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研究人员开发出可从陆地到海洋之间无缝转换工作的软体机器人

研究人员开发出可从陆地到海洋之间无缝转换工作的软体机器人"我们受到大自然的启发,开发出一种能够执行不同任务并适应环境的机器人,而无需增加致动器或复杂性,"计算机科学学院人机交互研究所变形物质实验室的博士后DineshK.Patel说。"我们的双稳态致动器简单、稳定、耐用,为未来的动态、可重新配置的软体机器人工作奠定了基础。双稳态致动器是由含有形状记忆合金弹簧的3D打印软橡胶制成的,它对电流的反应是收缩,这导致致动器弯曲。该团队利用这种双稳态运动来改变推杆或机器人的形状。一旦机器人改变了形状,它就会保持稳定,直到另一个电荷将它变回以前的配置。CMU工程学院机械工程系教授卡梅尔-马吉迪(CarmelMajidi)说:"与动物如何从行走到游泳到爬行到跳跃相匹配,是生物启发和软体机器人技术的一个巨大挑战。"例如,该团队创造的一个机器人有四个弯曲的致动器,连接到一个由两个双稳态致动器组成的手机大小的身体的四角。在陆地上,弧形致动器充当腿,使机器人能够行走。在水中,双稳态致动器改变了机器人的形状,使弧形致动器处于一个理想的位置,充当螺旋桨,使它能够游泳。"需要有腿来在陆地上行走,需要有螺旋桨来在水中游泳。"密歇根大学机器人学助理教授、Majidi的前博士生XiaonanHuang说:"用为每种环境设计的独立系统来建造机器人会增加复杂性和重量。"我们为两种环境使用同一个系统,以创造一个高效的机器人。"该团队创造了另外两个机器人:一个可以爬行和跳跃,一个受毛虫和球鼠妇(西瓜虫)的启发,可以转换爬行和滚动的姿态。这些执行装置只需要一百毫秒的电荷就能改变它们的形状,而且它们很耐用。该团队让一个人骑着自行车在其中一个执行器上骑了几次,并将他们的机器人形状改变了数百次,以证明其耐用性。在未来,这些机器人可用于救援情况或与海洋动物或珊瑚互动。在执行器中使用热激活弹簧可以开辟环境监测、触觉以及可重构电子和通信方面的应用。HCII的Cooper-Siegel助理教授兼MorphingMatter实验室负责人LiningYao说:"有许多有趣和令人兴奋的场景,像这样的节能和多功能机器人可能是有用的。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354195.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1354195.htm

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研究人员制作出史上最快的游泳软体机器人“Butterflybots”"迄今为止,游泳软体机器人的游泳速度还不能超过每秒一个身位,但是海洋动物--比如蝠鲼--能够游得更快,而且效率更高,"关于这项工作的论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程系副教授JieYin说。"我们想借鉴这些动物的生物力学,看看我们是否能开发出更快、更节能的软体机器人。我们开发的原型工作得特别好。"受蝠鲼生物力学的启发,北卡罗来纳州立大学的研究人员已经开发出一种节能的软体机器人,其游泳速度比以前的游泳软体机器人快四倍以上。这些机器人被称为"蝴蝶机器人",因为它们的游泳动作类似于人在进行蝶泳时手臂的运动方式。研究人员开发了两种类型的蝴蝶机器人。一种是专门为速度而设计的,能够达到每秒3.74个身位的平均速度。第二种被设计成高度机动性,能够向右或向左急转。这个可操作的原型能够达到每秒1.7个身位的速度。"研究空气动力学和生物力学的研究人员使用一种叫做斯特劳哈尔数(Strouhal)的概念来评估飞行和游泳动物的能量效率,"该论文的第一作者、北卡罗来纳州立大学的新近博士毕业生YindingChi说。"当动物游泳或飞行时,Strouhal数在0.2和0.4之间,推进效率达到峰值。我们的两个蝴蝶机器人的Strouhal数都在这个范围内。"蝴蝶机器人的游泳动力来自它们的翅膀,它们的翅膀是"双稳态的",这意味着翅膀有两种稳定状态。翅膀类似于一个扣式发夹,发夹在两种状态下都可以保持稳定的,在施加一定量的能量(通过弯曲它)之前和之后,当能量达到临界点时,发夹就会稳定地形成两种不同的形状。在蝴蝶机器人中,受发夹启发的双稳态翅膀被连接到一个柔软的硅胶体上。用户通过将空气注入软体内部的腔室来控制翅膀在两种稳定状态之间的切换。当这些腔室充气和放气时,机身就会上下弯曲--迫使机翼随之来回摆动。"以前开发扑翼机器人的大多数尝试都集中在使用电机直接向双翼提供动力。我们的方法使用双稳态翼,通过移动中心体被动地驱动。这是一个重要的区别,因为它允许简化设计,从而降低了重量"。研究人员表示。更快的蝴蝶机器人只有一个"驱动单元",这使得它虽然游速非常快,但很难向左或向右转弯。可操控的蝴蝶机器人本质上有两个驱动单元,它们并排连接。这种设计允许用户操纵两边的翅膀,或者只"扇动"一个翅膀,这就是使它能够进行急转弯的原因。"这项工作是一个令人兴奋的概念证明,但它有局限性,"研究人员称,"最明显的是,目前的原型被细长的管子拴住了,这是我们用来将空气泵入中央机构的。我们目前正在努力开发一个无拴的、自主的版本。"这篇题为"高速高效、类似蝶泳的软体游泳器的系留"的论文将于11月18日发表在开放获取的《科学进展》杂志上。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333247.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1333247.htm

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工程人员实现让软体机器人运动的一种新方法

工程人员实现让软体机器人运动的一种新方法"毛毛虫的运动是由其身体的局部曲率控制的--当它把自己往前拉的时候,它的身体曲线与它把自己往后推的时候不同,"关于这项工作的一篇论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程系安德鲁-亚当斯特聘教授朱勇说。"我们从毛虫的生物力学中获得灵感,模仿这种局部曲率,并使用纳米线加热器来控制毛虫机器人的类似曲率和运动。朱说:"设计能够在两个不同方向上移动的软体机器人是软体机器人技术的一个重大挑战。嵌入式纳米线加热器使我们能够以两种方式控制机器人的运动。我们可以通过控制软体机器人中的加热模式来控制机器人的哪些部分弯曲。而且我们可以通过控制施加的热量来控制这些部分弯曲的程度。"毛毛虫机器人由两层聚合物组成,它们在受热时反应不同。底层在受热时收缩,或者说收缩。顶层在受热时膨胀。一个银纳米线的图案被嵌入膨胀的聚合物层中。该图案包括研究人员可以施加电流的多个引线点。研究人员可以通过向不同的引出点施加电流来控制纳米线图案的哪些部分发热,并且可以通过施加更多或更少的电流来控制发热量。"我们证明了毛毛虫机器人能够将自己向前拉,并将自己向后推,"该论文的第一作者、北卡罗来纳州的博士后研究员ShuangWu说。"一般来说,应用的电流越大,它在任何一个方向上的移动速度就越快。然而,我们发现有一个最佳周期,它给了聚合物冷却的时间--有效地让'肌肉'在再次收缩之前放松。如果我们试图让毛毛虫机器人循环得太快,身体在再次收缩之前没有时间'放松',这就损害了它的运动。"研究人员还证明,毛毛虫机器人的运动可以被控制,以至于用户能够将其引导到一个非常低的缝隙下--类似于引导机器人滑到门下。从本质上讲,研究人员可以控制向前和向后的运动,以及机器人在该过程中的任何一点向上弯曲的高度。"这种在软体机器人中驱动运动的方法是高度节能的,我们有兴趣探索如何使这个过程更加有效,"朱说。"接下来的其他步骤包括将这种软体机器人运动的方法与传感器或其他技术相结合,以用于各种应用--如搜索和救援设备。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358717.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1358717.htm

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用活体甲藻打造的软体设备在被挤压或拉伸后会在黑暗中发亮

用活体甲藻打造的软体设备在被挤压或拉伸后会在黑暗中发亮这项研究最近发表在《自然通讯》杂志上。在赤潮事件中有时可能在圣地亚哥的海滩上看到的生物发光的海浪,带给研究人员制造发光小工具的灵感。这项研究的资深作者,加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院的机械和航空航天工程教授蔡胜强在一个春夜与家人一起观看发光的蓝色海浪时,很想知道是什么创造了这种惊人的光亮。资料来源:加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院光的来源是一种叫做甲藻的单细胞藻类。但是,特别让蔡教授着迷的是,他了解到甲藻在受到机械压力时会产生光,例如来自海浪的力量。他说:"这对我来说非常有趣,因为我的研究重点是材料的力学,在任何与变形和压力如何影响材料行为有关的时候。"蔡教授想利用这种来自自然的光芒来开发可以在黑暗中使用的软体机器人的设备,而不需要电力。他与加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的海洋生物学家MichaelLatz合作,后者研究甲藻的生物发光以及它如何对各种水流条件做出反应,将Latz的生物发光基础研究与Cai的机器人应用的材料科学工作结合起来。为了制造这些设备,研究人员将纺锤梨甲藻(Pyrocystislunula)的培养液注入一种柔软、有弹性的透明材料的腔内。该材料可以被构建成任何形状--在这里,研究人员测试了各种形状,包括平板、X形结构和小袋状。当材料以任何方式被压迫、拉伸或变形时,它会导致里面的甲藻溶液流动。这种流动产生的机械应力引发了甲藻的发光。这里设计的一个关键特征是,材料的内表面有小柱子,使其具有粗糙的内部纹理。这扰乱了材料内部的流体流动,更强的流动对甲藻施加了更多的压力,这反过来又引发了更亮的光芒。这些设备是如此敏感,甚至轻轻一拍就足以使它们发光。研究人员还通过振动这些设备、在其表面画画以及向其吹气使其弯曲和摇摆来使其发光--这表明它们有可能被用来收集气流以产生光线。研究人员还在这些设备中插入了小磁铁,这样它们就可以被磁力引导,在移动和变形时发光。这些设备可以用光进行充电,甲藻是可以进行光合作用的,这意味着它们利用太阳光来生产食物和能量,只需要白天用光照耀这些设备,使它们获得在夜间发光所需的能量。这些设备的魅力在于其使用非常简易,"它们基本上是免维护的,只需要我们将培养液注入材料中就可以了。只要用阳光给它们充电,它们就可以反复使用至少一个月。我们不需要更换溶液或任何东西。每个设备都是它自己的小生态系统--一种工程化的活体材料。"最大的挑战是弄清楚如何保持甲藻在材料结构内的活力和繁荣。"研究报告的第一作者李成来说:"当你把活的生物体放在一个合成的、封闭的空间里时,你需要考虑如何使这个空间适合居住,例如,它将让空气进出,同时仍然保持你想要的材料特性。"他指出,关键是要使他使用的弹性聚合物有足够的孔隙,使氧气等气体能够通过,而不会使培养液漏出。甲藻可以在这种材料中生存一个多月。研究人员现在正在用甲藻类创造新的发光材料。在这项研究中,甲藻只是填补了一个已经存在的材料的空洞。在他们工作的下一阶段,该团队正在使用它们作为材料本身的一种成分。李说:"这可以为我们今后可以实验的尺寸和形状提供更多的多样性。"该团队对这项工作可能给海洋生物学和材料科学领域带来的可能性感到兴奋,研究人员表示这可以继续从基础研究方面推进我们对生物发光系统的理解,同时为各种应用创造条件,从生物力传感器到无电子机器人等等。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333459.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1333459.htm

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