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沙鱼蜥蜴如何在撒哈拉沙漠中如此迅速地滑行

了解沙地蜥蜴如何在撒哈拉沙漠中游泳,它们启发了机器人模拟和钻孔技术的进步。

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http://www.youtube.com/watch?v=P4bxRj-BjFg 沙地蜥蜴来回摆动身体,将身体弯曲成一条滑行的S形,以便在撒哈拉沙漠的沙子中游动。就像蝎子和其他几种沙漠本土物种一样,它们早已掌握了在广袤的沙地中移动以逃避捕食者或灼热的非洲阳光的艰难艺术。现在,物理学家们也即将揭开它们的秘密。丹尼尔·戈德曼(Daniel Goldman)的团队多年来一直在试图弄清楚沙地蜥蜴是如何做到的;2009年,他们建造了一个机器人来模拟这种生物的滑行运动。这一次,在发表于《皇家学会界面杂志》的一项研究中,科学家们试图模拟动物在这么多沙粒中翻滚的物理过程,并研究蜥蜴是如何如此高效地钻孔的。

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该团队发现,类似正弦波的运动可以让蜥蜴和它们的机器人向前推进,但在创建实验的计算机模型时遇到了问题。模拟所有细小的沙粒需要购买昂贵的强大计算机时间。因此,该团队使用3毫米宽的玻璃珠代替沙子进行了相同的实验。“我们想要一些易于模拟并且具有一定预测能力的东西。我们很幸运,因为事实证明,[蜥蜴和机器人]在较大的玻璃珠中以相同的方式优雅地游动,”戈德曼说。[Wired]

戈德曼的模拟显示,蜥蜴

令人印象深刻的潜水速度——它每秒可以移动其四英寸身体长度的两倍——取决于以恰到好处的S形滑行。如果蜥蜴保持太直,它们就没有足够的杠杆作用来推动自己;如果它们弯曲太多,就无法足够快地移动。无论该团队是在地面上研究蜥蜴,还是在珠子池中研究机器人蜥蜴,还是在计算机屏幕上研究模拟蜥蜴,力的大小和角度的差异都控制在8%左右。如果我们能阐明动物如何在沙子中游泳,也许我们可以利用它们精炼的技术来改进我们自己挖掘地面的尝试。德克萨斯农工大学机器人辅助搜索和救援中心(Center for Robot-Assisted Search and Rescue)的罗宾·墨菲(Robin Murphy)说。

她说,在能够像蚯蚓一样挖掘和穿过瓦砾的机器方面,目前还没有任何类似的设备。“除了铁锹,什么都没有。”。穴居动物可以启发新机器,但到目前为止,只有少数研究能够捕捉到机器人在充满泥土或泥泞环境中将面临的限制。“这是我第一次看到说,‘好吧,我们明白了’,”她说。[Science News]

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